Planung durch den Computer!?

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Alma Berg
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1 Planung durch den Computer!? Regelbasierte Modellierung von Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerstrukturgüte Univ. Prof. Dr.-Ing. H. Nacken RWTH Aachen University Lehr- und Forschungsgebiet Ingenieurhydrologie Studiendekan der Fakultät für Bauingenieurwesen

2 Gewässer: wie wir sie verändert haben

3 Gewässerstrukturgüte Quelle: BMU-Bestandsaufnahme 2004

4 Gewässer: Wie sie sich in der Zukunft ändern sollen

5 Maßnahmenplanung Entwicklungsziel Defizit Korridor Defizit Ist-Zustand

6 Ein Beispiel: Totholzmaßnahme Zielparameter = Laufentwicklung Kolke Ist-Zustand = begradigt (Klasse 7) Böschungserosion Leitbild = naturgemäße Krümmung (Klasse 1) Defizit => 6 Klassen Bänke Entwicklungsziel = überwiegend naturgemäße Krümmung (Klasse 3) Totholz Maßnahme = Totholz

7 Modell : Vereinfachte Repäsentation von Objekten der realen Welt Prozesse Ereignisse Wirkungszusammenhänge Vereinfachung erfassen das Wesentliche, aber sind immer auch unscharf!

8 Wenn die Komplexität eines Systems ansteigt, verlieren präzise Aussagen an Sinn und sinnvolle Aussagen an Präzision Das Gesetz der Unvereinbarkeit von Zadeh

9 Wo ist diese Modellierung einzuordnen? Daten Information Wissen Erkenntnis Datenaufbereitung Statistische Verfahren Wissensbasierte Empirische Regelbasierte Modelle Konzeptionelle Modelle

10 Ablaufschema der regelbasierten Simulation Kartierung der Gewässerstrukturgüte Gewässerstrukturgüte Entwicklungsziel? ja ENDE nein Ermittlung der zielführenden Maßnahmen Regelblock 1 Auswirkung einer zielführenden Maßnahme auf die Gewässerstrukturgüte Regelblock 2 Neuer Zustand nach Maßnahme (beschrieben durch Gewässerstrukturgüteparameter)

Eingangsgrößen zur Gewässerstrukturgüte Indexgestützte Bewertung anhand der Einzelparameter (EP) Bewertung anhand funktionaler Einheiten (FE) EP 11 EP 12 EP 13 EP 14 EP 21 EP 22 EP 23 EP 24 25

11 Eingangsgrößen zur Gewässerstrukturgüte Indexgestützte Bewertung anhand der Einzelparameter (EP) Bewertung anhand funktionaler Einheiten (FE) EP 11 EP 12 EP 13 EP 14 EP 21 EP 22 EP 23 EP Einzelparameter Laufkrümmung Krümmungserosion Längsbänke Besondere Laufstrukturen FE 11 FE 12 FE 21 FE funktionale Einheiten Krümmung Beweglichkeit natürliche Längsprofilelemente anthropogene Wanderhindernisse Querbauwerke FE 31 Art und Verteilung der Substrate Verrohrung FE 32 Sohlenverbau Rückstau FE 41 Profilform Querbänke FE 42 Profiltiefe Die funktionalen Einheiten werden als Eingangsgröße für die Maßnahmenplanung verwendet.

12 Die Geodaten

13 Regelblock 1: Maßnahmenauswahl Regelblock 1 (Maßnahmenauswahl) Ermittlung, welche Maßnahme grundsätzlich zielführend ist (anhand der Bewertung der Funktionalen Einheiten) Parameter Funktionale Einheiten 14 Einheiten Ausprägungen Ergebnis = realisierbare Maßnahme (MA)

14 Regelblock 1: Beispiel Parameter Ausprägung WENN Krümmung (FE11) = weitgehend begradigt ODER Krümmung (FE11) = völlig begradigt UND Längsprofil (FE21) = selten natürlich Elemente ODER Längsprofil (FE 21) = sehr selten natürliche Elemente UND Randstreifen (FE 62) = ausreichend UND Sohlenverbau (FE 32) = kein Verbau UND Uferverbau (FE 52) = kein Verbau DANN Totholzmaßnahme (MA) = realisierbar

15 Regelblock 2: Simulationsregel Regelblock 2 (Simulationsregel) Bestimmung der Auswirkungen, die sich aus der Maßnahmenrealisierung ergeben Parameter Funktionale Einheiten Stammdaten (Identifikation) Maßnahmen Einwirkzeit (FE) (SD) (MA) (EZ) Ergebnis = Zwischen- bzw. Endzustand der Funktionalen Einheiten (RE FE)

16 GSG-Klasse FH Osnabrück Regelblock 2: Änderungsfunktion Auswirkung einer Maßnahme Y auf Funktionale Einheit xx pessimistisches Szenario optimistisches Szenario Zeit [Jahre] WENN Maßnahme Y durchgeführt wurde, UND Funktionale Einheit xx vor der Maßnahme Klasse 6 war, DANN ändert sich FExx: - in 4 Jahren - auf Klasse 3

17 Regelblock 2: Beispiel Beispiel für eine regelbasierte Simulation einer Totholzmaßnahme Parameter Ausprägung WENN Krümmung (FE) = völlig begradigt UND natürl. Längsprofilelemente (FE) = selten natürliche Längsprofilelemente UND Maßnahme (MA) = einseitige Totholzstruktur UND Gewässertyp (SD) = Auen- und Muldentalgewässer UND Gewässerbreite (SD) = mäßig UND Gewässertiefe (SD) = cm UND Einwirkzeit (EZ) = 5 Jahre DANN Krümmung (RE FE) = überwiegend naturgemäße Krümmung UND Beweglichkeit (RE FE) = weitgehend naturgemäße Beweglichkeit UND Längsprofil (RE FE) = zahlreiche naturgemäße Elemente

18 Maßnahmenplanung Entwicklungsziel Parameter (FE/SD/EZ) Maßnahme (MA) Ergebnis (RE FE) Defizit Einwirkzeit Ist-Zustand

19 Beispiel: Braunebach Gewässerstrukturgütebewertung K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 Krümmung Beweglichkeit Natürliche Längsprofilelemente Art und Verteilung der Substrate Sohlenverbau Profilform Profiltiefe Breitenentwicklung Gesamtbewertung: Strukturgüteklasse 7 (übermäßig geschädigt) Naturraumtypischer Bewuchs Uferverbau naturraumtypische Ausprägung Vorland Gewässerrandstreifen

20 Identifikation zielführender Maßnahmen Verbreiterung der Profilweite ist gekoppelt an Defizite in: K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 Krümmung Beweglichkeit Natürliche Längsprofilelemente Art und Verteilung der Substrate Sohlenverbau Profilform Profiltiefe Breitenentwicklung Naturraumtypischer Bewuchs Uferverbau naturraumtypische Ausprägung Vorland Gewässerrandstreifen

21 Ermittlung zielführender Maßnahmen Vergleich des aktuellen Zustandes mit den Bedingungen des Regelblocks K1 K2 K3 K4 K5 K6K1K7K2 K3 K4 K5 K6 K7 Krümmung Krümmung Beweglichkeit Beweglichkeit Natürliche Längsprofilelemente Natürliche Längsprofilelemente Art und Verteilung der Substrate Art und Verteilung der Substrate Sohlenverbau Sohlenverbau Profilform Profilform Profiltiefe Profiltiefe Breitenentwicklung Breitenentwicklung Naturraumtypischer Bewuchs Naturraumtypischer Bewuchs Uferverbau Uferverbau naturraumtypische Ausprägung naturraumtypische Ausprägung Vorland Vorland Gewässerrandstreifen Gewässerrandstreifen

Längsprofilelemente Art und Verteilung der Substrate Sohlenverbau Profilform Profiltiefe

22 Regelblock 2: Auswirkung der Maßnahme 1 Aktueller Jahr nach Zustand der Durchführung der Maßnahme Gesamtgüte Strukturgüteklasse 4 (deutlich beeinträchtigt) Krümmung Beweglichkeit Natürliche Längsprofilelemente Art und Verteilung der Substrate Sohlenverbau Profilform Profiltiefe Breitenentwicklung Naturraumtypischer Bewuchs Uferverbau naturraumtypische Ausprägung Vorland Gewässerrandstreifen K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7

23 Vergleich der Kostenindices [%] Minimale Kosten Optimale GSG 60 Mittlere gesamte GSG Einwirkzeit: Jahre Ziel der Gewässerstrukturgüte: Klasse 3

25 Unser Ziel Öffentlichkeit Ökologie Hydrologie Ökonomie

Gewässerrandstreifens, Einbringen von Störelementen, Herausnehmen von künstl.

27 Ergebnisdarstellung SVB,UVE,UVB,THQ,GRS: Rückbau Sohlen- und Uferverbau, Fördern gewässertypischer Ufervegetation, Einbringen von Totholz, Verbesserung des Gewässerrandstreifens GRS,STO,KUS: Verbesserung des Gewässerrandstreifens, Einbringen von Störelementen, Herausnehmen von künstl. Substraten GRS,STO: Verbesserung des Gewässerrandstreifens, Einbringen von Störelementen ca 2 km Gewässerstrukturgüte IST-Zustand Optimale Gewässerstrukturgüte

28 Änderungsfunktionen im Überblick

29 Interaktive Vorhersage

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