LEBMUR – Lebensraum Mur Im Grazer Feld „Modul Wasser“

lebmur – lebensraum mur im grazer feld „modul wasser“ – decision support für planungsvorhaben die österreichische bundesregierung ha

LEBMUR – Lebensraum Mur im Grazer Feld
„Modul Wasser“ – decision support für Planungsvorhaben
Die Österreichische Bundesregierung hat im April 2002 mit ihrer
„Strategie zur Nachhaltigen Entwicklung“ ein Dokument verabschiedet,
das in Übereinstimmung mit den Zielsetzungen auf globaler und
europäischer Ebene konkrete Handlungsfelder und Aktivitäten im
Zusammenhang mit der Realisierung einer nachhaltigen zukünftigen
Entwicklung beschreibt.
Basierend auf den Anforderungen der Wirtschaft ist zukünftig zu
erwarten, dass gesicherte Prognosen über die Auswirkungen von
Eingriffen auf komplexe Umweltsysteme erstellt werden müssen. Diese
Fragestellung und die Ableitung von Lösungsansätzen bedürfen dabei
jedenfalls einer Analyse der multikausalen Zusammenhänge von
Gesamtsystemen, wobei ein Schwerpunkt auch in der Analyse der
Wechselwirkungen zwischen den Teilkomponenten liegen muss.
Seit Beginn der Siedlungsgeschichte im Zentralraum der Steiermark
spielt die Mur eine gewichtige Rolle für den Menschen: Waren in
früheren Zeiten besonders ihre Nutzung als Nahrungsmittelgrundlage und
als Verkehrsweg von spezifischem Interesse, so stellt sie heute den
wohl wichtigsten Regulator für die Grundwasserverhältnisse im Grazer
Feld dar. Durch anthropogene Eingriffe auf ihren Verlauf wurden
Zustände geschaffen, die den Lebensraum Mur im engeren Sinne deutlich
einschränken. Von diesen Eingriffen ist aber nicht nur die Mur und
deren Bett selbst betroffen, sondern die Auswirkungen reichen über die
Interaktion der Mur mit dem sie begleitenden Grundwasser bis an die
geologischen Ränder des Grazer Feldes. Über die Erneuerungsmechanismen
des Grundwassers aus infiltrierenden Niederschlägen und die daran
gekoppelten Transportvorgänge von Stoffen aus der Atmosphäre über den
Boden, die unterlagernden ungesättigten Schichten in das Grundwasser
und über die Vorflutwirkung in die Mur selbst ist deren qualitativer
Zustand schlussendlich von allen Aktivitäten betroffen, die im Bereich
der Mur und auch auf der gesamten Fläche des Grazer Feldes
stattfinden: eine immer intensiver werdende landwirtschaftliche
Bewirtschaftung der ertragsfähigen Böden ist hier ebenso zu nennen,
wie die Nutzung der sandig-kiesigen Sedimente als Grundlage für die
Bauwirtschaft, die Ausweitung der Besiedlung mit einer Veränderung der
Quantitäten der Neubildung ist ebenso von Bedeutung wie die
Erweiterung der industriellen Anlagen, deren Wasserbedarf und deren
Gefährdungspotential hinsichtlich der Grundwasserqualitätssituation.
Grundlage jeglicher integrierender Betrachtung von Grundwassersystemen
unter Berücksichtigung der sie steuernden Einflussgrößen ist
einerseits die Erfassung und Aufarbeitung der Daten zur
Charakterisierung der Systemparameter und andererseits die Erarbeitung
von regionalspezifisch adaptierten und an den zu untersuchenden
Grundwasserleiter angepassten Modellkomponenten. Der Einsatz von
Modellen zur Lösung von Grundwasserströmungs- und
Stofftransportproblemen ist in vielen Anwendungsbereichen
unverzichtbar geworden. Prinzipiell liegt heute die Hauptaufgabe bei
der Behandlung von Strömungs- und Transportprozessen in gesättigten
porösen Medien nicht in der mathematischen Handhabung der
grundlegenden Differentialgleichungen. Die limitierende Größe bei der
möglichst realitätsnahen Abbildung ist die Beschaffung von Parametern
und Randbedingungen, die den realen Bedingungen möglichst gut
entsprechen. Aufgrund der Größe der zu untersuchenden Gebiete und der
Vielzahl an erforderlichen Daten entwickelt sich das Management der
Daten zu einem immer bedeutender werdenden Teilglied in der
Entscheidungsfindung.
Wesentliche Komponenten der Modellierung der Wasserbewegung und des
Stofftransportes im Grazer Feld waren:
*
Die Grundwasserströmung selbst, die in ihrer instationären
Charakteristik durch das Finite – Elemente Modell FEFLOW in sehr
guter Qualität beschrieben werden kann.
*
Die Wechselwirkung des Grundwassers mit Oberflächengewässern (hier
in erster Linie die Mur), die unter Verwendung des
Leakage-Konzeptes abgebildet wurde.
*
Die Grundwasserneubildung über infiltrierende Niederschläge, die
mittels unterschiedlicher Bodenwasserhaushaltsmodelle, welche auch
gleich die Stickstoffverlagerung über die ungesättigte Zone mit
berechnen, bearbeitet wurde.
Das im Rahmen des Projektes LEBMUR entwickelte computergestützte
entscheidungsunterstützende System, das in erster Linie ein
GIS-gesteuertes Grundwasser-Informationssystem für das Grazer Feld
darstellt, besteht aus einer Reihe spezieller Software-Module für die
unterschiedlichen Aufgaben, wie Visualisierung und Auswertung der
Messdaten, geostatistische Interpolation von Messdaten, Definition von
Szenarien, Visualisierung von Szenarien-Ergebnissen (Bild 1). Die
Benutzeroberfläche dieser Module sind Erweiterungen der Oberfläche von
„ArcMap“, einem Geographischen Informationssystem. Zur Verwaltung der
im Rahmen der Bearbeitung anfallenden hydrologischen Zeitreihendaten
wurde eine Zeitreihendatenbank ist als “Relationales Datenbanksystem”
(z.B. MS-ACESS, MS-SQL-Server, ORACLE) realisiert.

Bild 1: Wesentlichste Komponenten des DSS „Grazer Feld“
Dieses Grundwasser-Informationssystem wurde in der Folge in einer
Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispielhaft ist in Bild 2 das
Ergebnis von Berechnungen zur Optimierung der Trinkwassernutzung im
Grazer Feld unter Verwendung von Szenarien der künstlichen
Grundwasseranreicherung dargestellt.

Bild 2: Wasserversorgungsanlage Kalsdorf: Szenarioberechung
„künstliche Grundwasseranreicherung“ mit einem Vorschlag für die
Schongebietsgrenzen sowie der Linien zu erwartender Aufspiegelungen
bzw. Absenkungen gegenüber dem derzeitigen Konsenszustand.
Das in Bild 2 dargestellte Berechnungsergebnis zeigt das zu erwartende
Einzugsgebiet der Brunnen des Wasserwerkes Kalsdorf bei
Konsenserhöhung und gleichzeitiger Einrichtung einer künstlichen
Grundwasseranreicherung – das Anreicherungswasser wird aus dem
Grundwasser im Abstrom der Nassbaggerungen entnommen - sowie die
Auswirkung der Szenarien-Maßnahmen auf die Grundwasserabsenkung im
gesamten Grundwasserfeld im Vergleich zum aktuellen Konsenszustand.
Basierend auf den Berechnungsergebnissen können entsprechende Flächen
für den Schutz der Grundwasserressourcen vorgeschlagen werden. Der
Einfluss der Entnahme auf die landwirtschaftlichen Bewässerungsbrunnen
könnte durch Umsetzung des berechneten Szenarios deutlich minimiert
werden.
Basierend auf den Ergebnissen des gegenständlichen Projektes ergibt
sich bei einer Vielzahl von Problemstellungen eine deutliche Erhöhung
der Bearbeitungsqualität. So wird etwa die Prognose der Auswirkungen
anthropogener Maßnahmen auf Ökosysteme und deren Teilkomponenten
mittels numerischer Simulation entscheidend verbessert. Die
Raumordnung erfährt Unterstützung bei der Optimierung von
unterschiedlichen, hinsichtlich des aquatischen Systems, relevanten
Nutzungen unter Berücksichtigung zeitlich und räumlich dynamischer
Prozesse. Messnetze können auf Basis von statistischen und
geostatistischen Auswerteverfahren optimiert werden und auch eine
Quantifizierung von Ressourcen nach Zeit und Ort im Sinne einer
wasserwirtschaftlichen Planung unter Berücksichtigung von qualitativen
Aspekten und von existierenden bzw. zu erwartenden
Gefährdungspotentialen wird ermöglicht. Die Ergebnisse bieten
Entscheidungsgrundlagen für Verwaltung und Politik im Sinne einer
nachhaltigen und geplanten Nutzung von Ressourcen und der Vermeidung
künftiger Gefährdungen.
Betrachtet man die Ergebnisse der unterschiedlichen Anwendungen des
„DSS Wasser“ im Grazer Feld, so wird deutlich, dass zur derzeitigen
Nutzungsstruktur unter Berücksichtigung der raumplanerischen
Entwicklungstendenzen im Grazer Feld nur wenige Alternativen
existieren:
*
Grundsätzlich ist das Grazer Feld ein intensives
landwirtschaftliches Produktionsgebiet, das auch zur Versorgung
der Stadt Graz mit Frischegütern dient (Feldgemüsebau).
*
Ein wesentliches Versorgungsgut stellt auch die Nutzung des
Grundwasserleiters als Trinkwasserquelle dar: Die Wasserwerke
Andritz, Feldkirchen, Kalsdorf und Gössendorf versorgen über die
Stadt und die Umlandgemeinden hinaus durch das Verbundnetzwerk der
Wasserversorgungsunternehmen große Teile der Bevölkerung der
südlichen und östlichen Steiermark mit.
*
Mit den geplanten Kraftwerken Kalsdorf und Gössendorf wird auch
die energetische Nutzung der Mur weiter forciert. Noch nicht
endgültig ausdiskutiert ist die Möglichkeit der energetischen
Nutzung der Mur durch ein Kraftwerk im Stadtgebiet von Graz.
Das im Rahmen des gegenständlichen Projektes entwickelte
computergestützte entscheidungsunterstützende Wasser –
Informationssystem, in dem punktuelle Messdaten unterschiedlichster
Quellen mit geografischen Informationen interaktiv verknüpft werden
können und das eine effiziente GIS – gesteuerte Auswertung und
Interpretation von Grundwassermodellberechnungsergebnissen erlaubt,
bildet eine effiziente Basis für die Bewertung unterschiedlicher
Zukunftsszenarien der Nutzung der Oberflächengewässer und des
Grundwassers im Grazer Feld.
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