Projekt 12150/01

Entwicklung des Produkts Acid Progress als Planungswerkzeug für die Forst- und Wasserwirtschaft

Projektträger

Ingenieurbüro Schall
Thalhauser Str. 44
85354 Freising
Telefon: 08161/42070

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Vorhaben ist die Fortsetzung der unter dem Aktenzeichen 05962 bei der Deutschen Bundesstiftung Umwelt 1996 geförderten Machbarkeitsstudie zur Erstellung eines Prognoseverfahrens zur regionalen quantitativen Ableitung des Eintritts von Boden- und Gewässerversauerung (in Jahren) für eine umwelt-gerechte und nachhaltige Raumnutzungsplanung/Ressourcenschutz für die mittlere und obere Pla-nungsebene (i. M. 1:25.000 - 1: 200.000).
Das Vorhaben ist produktorientiert. Die wesentlichsten Ziele dieser Förderphase sind:
1. Entwicklung des Verfahrens AcidProgress zur Produktreife,
2. Erweiterung der regionalen und inhaltlichen Basis der Verfahrensanwendbarkeit,
3. Verbesserung und Neuentwicklung einiger Algorithmen,
4. Vervollständigung der Attributlisten der Verfahrensparameter,
5. Verbesserung der Systematisierung und Automatisierung der Datenakquisition und -sammlung
6. Einbindung der Forstplanung,
7. Schaffung von Voraussetzungen zur Einbindung bestehender hydrologischer Modellen/Verfahren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1 Erstellung des Produktes AcidProgress
Das Produkt AcidProgress besteht aus einem Verfahrenskern (Datenbank/Verfahrensprogramme) und zahlreichen Modulen (Algorithmen). Zu dem Produkt AcidProgress gehören neben diesen Komponenten weitere Servicepakete: Datenrecherche, Datenhomogenisierung, Datenimplementierung, Konfiguration-, und Nutzungsservice. In der Förderphase II konnte das Produkt AcidProgress zur Vermarktungsreife entwickelt werden.
2 Erweiterung der regionalen und inhaltlichen Basis in Form von Testanwendungen
Neben der Prognose von Boden- und Gewässerversauerung wurden von einzelnen Anwendern spezifi-sche Wünsche an das Verfahren gerichtet. Diesen Wünsche konnten im Rahmen der abschließenden Berichterstattung im wesentlichen entsprochen werden. AcidProgress eignet sich sehr gut für mittlere bis große Einzugsgebiete und deren spezifischen Fragestellungen; weniger geeignet ist das Verfahren für sehr kleine Einzugsgebiete, in denen der Maßstab 1:25.000 verlassen wird.
3 Verbesserung und Neuentwicklung einiger Algorithmen
Alle Regelwerke/Algorithmen wurden von Grund auf neu entwickelt, sowie zwei Algorithmen völlig neu hinzugefügt:
Ableitung der Mächtigkeit der Verwitterungsdecke: bessere Reliefanalyse - Einbeziehung der erhobenen Bohrteufen => differenziertere und realistischere Ableitung des Kennwerts
Erfassung der Tiefenlage der Versauerungsfront: Verbesserte Vorerkundung durch das Erstellen eines GIS gestützten Probenahmeplans [neuer Algorithmus], verbesserte Bohrtechnik (Rammkernsondierung) => Verringerung des Zeit- und Mittelaufwands, verbesserte Quote beim Auffinden vollständiger Tiefen-gradienten, bessere Beprobungsmöglichkeiten
Deposition: Nutzung von Ergebnissen des Umweltbundesamtes => Flächendeckende Depositionsdaten im Verfahrensmaßstab für die BRD verfügbar
Säurefreisetzung aus gespeicherten Sulfatvorräten [neuer Algorithmus] : Darstellung einer bisher ver-nachlässigten, aber quantitativ bedeutsamen Säurequelle in Ökosystemen => realistischere Beurteilung der tatsächlichen Entwicklung des Stoffhaushaltes der untersuchten Einzugsgebiete
Silikatverwitterungsrate : Implementierung des derzeit besten wissenschaftlichen Modells (PROFILE) in AcidProgress => Verbesserung der Differenzierung und der absoluten Werte der Silikatverwitterungsrate
Waldbaumodul: Einbeziehung der biogenen Versauerung durch Waldwachstum & der bestandesspezifi-schen Depositionsentwicklung verschiedener Waldbauvarianten => Beurteilung zahlreicher Waldbauva-rianten bzgl. ihrer Auswirkungen auf die Wasserqualitätsentwicklung
Schnittstelle AcidProgress / hydrochemische Modelle : durch die Schaffung einer Schnittstelle zwischen der ungesättigten Zone (unterer Rand/AcidProgress) und der gesättigten Zone (oberer Rand/hydrochemische Modelle) lassen sich durch den Einsatz von AcidProgress auch Entwicklungen im Bereich Grundwasser prognostisch fortsetzen.
4 Vervollständigung der Attributlisten der Verfahrensparameter
Um die Nutzung von AcidProgress zu erleichtern, sind für sämtliche Parameter des Verfahrens die Standardausprägungen in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Bio-Geo-Hydrosphäre bereitgestellt.
5 Verbesserung der Systematisierung und Automatisierung der Datenakquisition und -sammlung
Die geplante Metadatensammlung der Verfahrensdaten zur Anwendung von AcidProgress konnte nicht realisiert werden. Es zeigen sich starke länderspezifische Unterschiede hinsichtlich der Verfügbarkeit und Qualität der betrachteten Daten. Eine wesentliche Verbesserung der Datenrecherche im Rahmen einer Automatisation durch Nutzung eines gültigen Regelwerkes konnte im Rahmen dieses Vorhabens nicht erreicht werden; sie ist durch uneinheitliche Verwaltungs- und Regelstrukturen mittelfristig (leider) auch nicht in Sicht.
6 Wald & Wasser: Einbindung der Forstplanung (Waldbau) als wesentliche, die Entwicklung der Tiefenversauerung und damit die Güte der Oberflächengewässer steuernde Institution
Mit dem Einsatz des Verfahrens AcidProgress ist es aus forstplanerischer Sicht möglich, die Konsequen-zen waldbaulicher Maßnahmen im voraus zu testen (Szenarien) und zu bewerten. Die Ergebnisse die-nen anschließend dazu, Szenarien unterschiedlicher Wald(um)baumaßnahmen durchzuspielen, um so-wohl für die Forstwirtschaft als auch für die Wasserwirtschaft Handlungsempfehlungen abzuleiten.
7 Schaffung von Voraussetzungen (Schnittstellen) zur Einbindung von bestehenden hydrologi-schen Modellen/Verfahren
Auch wenn eine Verknüpfung des Verfahrens AcidProgress mit einem zwei- oder dreidimensionalen Hydrologischen Modell der Produktphilosophie von AcidProgress widerspricht, sind dennoch die Voraus-setzungen dafür in Form einer Schnittstelle geschaffen worden.


Ergebnisse und Diskussion

1 Erstellung des (Software)Produktes
Der reine Softwareteil von AcidProgress besteht einerseits aus einem GIS-gestützten Verfahrenskern (Modell) und andererseits aus einer Vielzahl von (austauschbaren) Algorithmen (Funktionsmodulen). Daneben besteht der Bereich der Anpassungen. Dieser bezieht sich auf Dienstleistungen wie die Daten-recherche, die Homogenisierung von Daten, die Messaktion, etc..., sowie auf die Einrichtung (z. B. Kon-figurieren von ArcView, Einlesen der Grundlagendaten, ..) und Schulung/Support des Verfahrens A-cidProgress.
2 Erweiterung der regionalen und inhaltlichen Basis in Form von Testanwendungen
Im Rahmen der Arbeiten zur Systematisierung und Automatisierung der Datenakquisition und -samm-lung erfolgte die Recherche, Akquisition und Verarbeitung der Eingabekarten für die 7 Testgebiete. Zur Charakterisierung des Tiefengradienten der Bodenversauerung wurden im Rahmen der Testanwendun-gen i) anhand eines detaillierten Bohrplanes 39 Bohrungen niedergebracht bzw. ii) 13 bereits von ande-ren Arbeitsgruppen gewonnene Tiefenprofile analysiert. Weitere auf 56 Tiefenprofile konnten durch die Einbeziehung zuverlässiger Literatur hinzugefügt werden.
3 Verbesserung und Neuentwicklung einiger Algorithmen
Alle Entwicklungsarbeiten bzgl. der Algorithmisierungen sind termingerecht fertiggestellt worden.
4 Vervollständigung der Attributlisten der Verfahrensparameter
Die Erstellung der Rot-Grün-Karte des möglichen Anwendungsraumes von AcidProgress erfolgte auf der Grundlage der Bodenübersichtskarte der BRD 1:1.000.000 (digital) und der Karte der Bodenbedeckung der BRD im Maßstab 1:1.000.000 (digital) und ist vollständig abgeschlossen.
Die Attributierung der AP-Standorte für die Testeinzugsgebiete liegt vor, die Metadatenbanken sind er-stellt.
5 Verbesserung der Systematisierung und Automatisierung der Datenakquisition
Am Beispiel der Bundesländer Bayern, Hessen, Niedersachsen und Sachsen wurden für das Prognose-verfahren AcidProgress die bestehende Datenlage erfaßt und zusammengestellt. Auf der Grundlage der durchgeführten Datenrecherche wurde der Versuch unternommen, eine Anleitung zur Beschaffung von AcidProgress-Daten zu entwickeln und zu dokumentieren. Aus den dargestellten Ergebnissen läßt sich erkennen, daß die Datenrecherche nach wie vor ein schwieriger, zeitaufwendiger und damit kostspieliger Faktor ist und mittelfristig bleibt. Die im Antrag formulierten Ziele konnten nicht erreicht werden. Es konnte gezeigt werden, daß es sich dabei um ein systemimmanentes Problem handelt.
6 Wald & Wasser: Einbindung der Forstplanung (Waldbau) als wesentliche, die Entwicklung der Tiefenversauerung und damit die Güte der Oberflächengewässer steuernde Institution
Die Arbeiten zu diesem Punkt sind zufriedenstellend abgeschlossen worden. Es ist nun in Ansätzen möglich waldbauliche Szenarien hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Gewässergüte im Rahmen von Szenarien zu bewerten.
7 Voraussetzungen zur Einbindung von bestehenden hydrologi-schen Modellen/Verfahren
Die Arbeiten sind termingerecht abgeschlossen worden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bis auf einige workshopartige Präsentationen wurde das Verfahren nicht in der Öffentlichkeit vorgestellt. Da die Ergebnisse der Phase I weit gestreut worden waren und es erhebliche Arbeitsaufwand bei der Neuentwicklung gab, erschien die Vorstellung eines bekannten, aber (im Vortrag) nur leicht modifizierten Verfahrens wenig sinnvoll. Am 19.01.2000 wurde das Verfahren in den Räumen des NLfB, Hannover der Fachöffentlichkeit mit großem Erfolg vorgestellt. Die mit diesem Datum gestarteten begleitenden Marke-tingaktionen zeigen erste Ergebnisse.


Fazit

Die Arbeiten sind zeitlich und inhaltlich wie geplant vonstatten gegangen. Das angestrebten Ziele wurden in einem mehr als zufriedenstellenden Maße erreicht.
Insgesamt wird das Verfahren als richtig, nützlich, anwendbar und praxisgerecht gelobt.