Einbezug von Akteuren zur langfristigen Planung nachhaltiger Wasserinfrastrukturen (SWIP) in einer unsicheren Welt

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1 Einbezug von Akteuren zur langfristigen Planung nachhaltiger Wasserinfrastrukturen (SWIP) in einer unsicheren Welt Judit Lienert Statuskonferenz zur BMBF-Fördermaßnahme «Intelligente und multifunktionelle Infrastruktursysteme für eine zukunftsfähigewasserversorgung und Abwasserentsorgung» (INIS) 20./21.Januar 2015, Hamburg, Deutschland Eawag: Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology

2 Herausforderung: Infrastrukturen in die Zukunft führen Infrastrukturplanung im Wassersektor ist Herausforderung Alternde Infrastrukturen (25% braucht Rehabilitation, Investitionsbedarf auf 40 Jahre: 176 Mia CHF, öffentliche Hand: 81 Mia CHF) Fehlende & unvollständige Daten (Wert der Daten ist nicht offensichtlich) Grosse Unsicherheiten (Daten, Meinung der Akteure, zukünftiger Wandel, ) Wichtigsten Planungsinstrumente (GEP & GWP) planen nicht weit in Zukunft (Daten und Wissen zu wenig genutzt) Planungsinstrumente sind nicht partizipativ (Einbezug Akteure ist Bedingung für Einführung substanzieller Massnahmen)

3 Langfristige Planung nachhaltiger Wasserinfrastrukturen Sustainable Water Infrastructure Planning (SWIP) Forschungsprogramm NFP 61 Hauptziel SWIP Methoden & Instrumente entwickeln für verbesserte Planung von Trinkwasserversorgungs- und Entwässerungssystemen Ansatz ergänzt bestehende Planungsstrukturen der Schweiz (GEP, GWP) Fokus Umgang mit beschränkten Daten Unsicherheit von künftigen Entwicklungen Hohe Akzeptanz Entscheidungsprozess

4 Planungsansatz SWIP Zukunft Rahmenbedingungen (Szenarien) Ziele & Handlungsoptionen Klimawandel Infrastruktur, Leistungsindikatoren, Zerfallsmodelle Bewertung (MCDA) Optionen Hitparade

5 Planungsansatz SWIP Zukunft Rahmenbedingungen (Szenarien) Ziele & Handlungsoptionen Klimawandel Infrastruktur, Leistungsindikatoren, Zerfallsmodelle Max Maurer Bewertung (MCDA) Christoph Egger Optionen Hitparade

6 Kumulative Wahrscheinlichkeit Überstauhäufigkeit Kontrollperiode Fallstudiengemeinde A Kontrollperiode Anteil Schächte [%] mit mehr als 3 Überstauereignissen in 30 Jahren Egger, C., Maurer, M. (in press) Importance of anthropogenic climate impact, sampling error and urban development in sewer system design. Water Research.

7 Kumulative Wahrscheinlichkeit Überstauhäufigkeit Kontroll- und Referenzperiode ( ) Fallstudiengemeinde A Referenzperiode Kontrollperiode Anteil Schächte [%] mit mehr als 3 Überstauereignissen in 30 Jahren Egger, C., Maurer, M. (in press) Importance of anthropogenic climate impact, sampling error and urban development in sewer system design. Water Research.

8 Einfluss Klimawandel auf Siedlungsentwässerung Resultat nur für Fallstudie gültig Der Klimawandel findet statt! Schon heute viel Unsicherheit Wenig Klimasignal bis 2050 Aufwand: Stochastisches Regenmodell Downscaling von 10 Klimaprognosen Vergleich der Extremregen Egger, C., Maurer, M. (in press) Importance of anthropogenic climate impact, sampling error and urban development in sewer system design. Water Research.

9 Einfluss Klimawandel auf Siedlungsentwässerung Resultat nur für Fallstudie gültig Der Klimawandel findet statt! Schon heute viel Unsicherheit Wenig Klimasignal bis 2050 Aufwand: Stochastisches Regenmodell Downscaling von 10 Klimaprognosen Vergleich der Extremregen Egger, C., Maurer, M. (in press) Importance of anthropogenic climate impact, sampling error and urban development in sewer system design. Water Research.

10 Szenarien statt Prognosen Robuste Entscheidungen sind das Ziel Wir können die Zukunft nicht prognostizieren! Wir können aber die Entscheidungen auf deren Robustheit testen In Fallstudie mit den lokalen Akteuren vier Szenarien entwickelt Diese spannen die möglichen Entwicklungen der Zukunft auf

11 Wie sieht die Zukunft aus? Vier sozio-ökonomische Szenarien aus Workshop mit Akteuren (Fallstudie) Boomtown Qualitatives Wachstum Doom Zukunft Status Quo Lienert, J., Scholten, L., Egger, C., Maurer, M. (2014) Structured decision-making for sustainable water infrastructure planning and four future scenarios. EURO Journal on Decision Processes (EJDP), special issue on Environmental Decision Making:

12 Wie sieht die Zukunft aus? Vier sozio-ökonomische Szenarien aus Workshop mit Akteuren (Fallstudie) Szenario Anzahl EinwohnerInnen 2050 Einkommen 2050 [CHF/Person] Status Quo Qualit. Wachstum Boom Doom Lienert, J., L. Scholten, C. Egger, M. Maurer (2014) Structured decision-making for sustainable water infrastructure planning and four future scenarios. EURO Journal on Decision Processes (EJDP), special issue on Environmental Decision Making:

13 Vergleich Klimawandel sozio-ökonomische Szenarien Szenarien statt demographische Prognosen machen Planung in der SWW robuster Bis 2050 sind sozio-ökonomische Veränderungen deutlich prägender als Klimawandel (zurzeit nur für Fallstudie; vermutlich gelten Ergebnisse für ganze Schweiz) Der systematische Blick nach vorne ist aufwendig aber nicht teuer Egger, C., Maurer, M. (in press) Importance of anthropogenic climate impact, sampling error and urban development in sewer system design. Water Research.

14 Planungsansatz SWIP Zukunft Rahmenbedingungen (Szenarien) Ziele & Handlungsoptionen Klimawandel Infrastruktur, Leistungsindikatoren, Zerfallsmodelle Max Maurer Bewertung (MCDA) Christoph Egger Peter Reichert Optionen Hitparade Lisa Scholten

15 Wahrscheinlichkeit Infrastruktur (Leistungsindikatoren, Zerfallsmodelle) Schadens-/ Zustandsmodell Rehabilitationsmodell ZK 3,4 ZK 2 ZK 0,1 (keine/ leichte Mängel) (mittlere Mängel) (starke Mängel/ nicht funktionsfähig) Alter t (Jahre) Egger, C., Scheidegger, A., Reichert, P., Maurer, M. (2013) Sewer deterioration modeling with condition data lacking historical records. Water Research 47: Scheidegger, A., Scholten, L., Maurer, M., Reichert, P. (2013) Extension of pipe failure models to consider the absence of data from replaced pipes. Water Research 47: Scholten, L., Scheidegger, A., Reichert, P., Maurer, M. (2013) Combining expert knowledge and local data for improved service life modeling of water supply networks. Environmental Modelling & Software 42: 1-16

16 Infrastruktur (Leistungsindikatoren, Zerfallsmodelle) Beschränkte Daten: kleine Datensätze (repräsentativ?), fehlende Historie Daten mit fehlender Historie Effekt von Alterung und Rehabilitation Erfordert Kombination aus Schadens-/ Zustands- & Rehabilitationsmodell Zwei neue Modelle entwickelt, geeignet für kleinere Gemeinden (99% CH Gemeinden) Bayes sche Parameterschätzung erlaubt Berücksichtigung vorhandener Informationen (Expertenwissen, Daten aus anderen Gemeinden, lückenhafte Daten) Derzeitige reaktive Rehabilitationsstrategie ist in keinem Szenario nachhaltig Proaktive Strategie! Gutes Daten-Management ist wichtig!!

17 Infrastruktur (Leistungsindikatoren, Zerfallsmodelle) Egger, C., Maurer, M. (in press) Importance of anthropogenic climate impact, sampling error and urban development in sewer system design. Water Research Egger, C., Maurer, M. (in prep.) Strategic rehabilitation planning of small sewer networks under climate and socio-economic change Egger, C., Scheidegger, A., Reichert, P., Maurer, M. (2013) Sewer deterioration modeling with condition data lacking historical records. Water Research 47: Maurer, M., Lienert, J. (2014) Wasserinfrastrukturen nachhaltig in eine unsichere Zukunft führen. Eawag news 02/ April 2014: Scheidegger, A., Maurer, M. (2012) Identifying biases in deterioration models using synthetic sewer data. Water Science and Technology, 66(11): Scheidegger, A., Hug, T., Rieckermann J. and Maurer, M. (2011) Network condition simulator for benchmarking sewer deterioration models. Water Research, 45(16), Scheidegger, A., Beutler, P., Maurer, M. (2013) Prognosen zum Sanierungsbedarf der Schweizer Kanalisation. Aqua & Gas, 1: 2013, Scheidegger, A., Scholten, L., Maurer, M., Reichert, P. (2013) Extension of pipe failure models to consider the absence of data from replaced pipes. Water Research 47: Scholten, L., Scheidegger, A., Reichert, P., Maurer, M. (2013) Combining expert knowledge and local data for improved service life modeling of water supply networks. Environmental Modelling & Software 42: 1-16 Scholten, L., Maurer, M., Scheidegger, A. (2014) Zustandsmodellierung kleiner Versorgungsnetze (in German) (Condition modeling of small water supply networks). Aqua & Gas 6, 2014: 51 58

18 Planungsansatz SWIP Zukunft Rahmenbedingungen (Szenarien) Ziele & Handlungsoptionen Klimawandel Infrastruktur, Leistungsindikatoren, Zerfallsmodelle Bewertung (MCDA) Jun Zheng Optionen Hitparade Lisa Scholten

19 Wofür und wann macht MCDA Sinn? Schwierige Entscheide: hohe Komplexität, viele Unsicherheiten «Multi-Probleme»: Multiple Kriterien, die nicht alle gleichzeitig erreicht werden können Akteure mit divergierenden Präferenzen Handlungsoptionen welche wählen? (oder zu wenige?) Unsicherheiten Auswirkung von Entscheidungen, Zukunftsentwicklung? Strukturierung, Moderation des Entscheidungsprozesses Unterstützung der Analyse

20 Was MCDA kann Prozess strukturieren Aufteilung in einzelne Module Transparenz erhöhen Über das reden, was Akteuren wichtig ist und erst dann, wie man diese Ziele erreichen kann Objektive Daten (Modelle oder Expertenschätzung) und subjektive Präferenzen der Akteure Zusammenfügen in Analyse Welche Handlungsoption erfüllt Präferenzen der Akteure am besten? 4. Handlungsoptionen erstellen 5. Konsequenzen vorhersagen 1. Definition Entscheidungskontext 2. Akteuranalyse 3. Ziele formulieren und strukturieren 7. Analyse, Optionen rangieren, Sensitivitätsanalyse 8. Resultate mit Akteuren diskutieren, (neue) Kompromisse finden 6. Subjektive Präferenzen der Akteure erheben

21 Akteuranalyse: Wer interagiert mit wem? (27 Interviews) Abwasser Wasserversorgung Starke Fragmentierung der Siedlungswasserwirtschaft Integrierend: lokale Tiefbauvorstände; Ingenieure; Kanton Politiker «draussen»; ABER wichtig f. Herausforderungen! Lienert, J., Schnetzer, F., Ingold, K. (2013) Stakeholder analysis combined with social network analysis provides fine-grained insights into water infrastructure planning processes. Journal of Environmental Management 125:

22 Ziele formulieren: Was ist wichtig? (Interviews, Workshop) Gute Infrastruktur für Wasserversorgung und Abwasserentsorgung (heute und in Zukunft) Generationengerechtigkeit Ressourcen- & Gewässerschutz Gute Wasserversorgung Sichere Abwasserentsorgung Soziale Akzeptanz Geringe Kosten Tiefe Rehabilitationslast bis 2050 OF-Gewässer: Gute Qualität & Quantität Trinkwasser: Gute Qualität & Zuverlässigkeit Hygienischer Abfluss & Einleitung in Gew. Hohe Wasser- ressourcen- Autonomie Tiefe Jahreskosten Flexible Anpassung des Systems Grundwasser: Guter Haushalt & Qualität Haushaltswass.: Gute Qualität & Zuverlässigkeit Hohe Zuverläss. d. Entwässerungssystems Hohe Qualität von Verwaltung & Betrieb Geringer Kostenanstieg Effiziente Nutzung von Ressourcen Löschwasser: Hohe Quantität & Zuverlässigk. Für jedes Teilziel: Attribut (Indikator) Für jede Option: wie gut wird Ziel erreicht? Lienert, J., Scholten, L., Egger, C., Maurer, M. (2014) Structured decision-making for sustainable water infrastructure planning and four future scenarios. EURO Journal on Decision Processes (EJDP), special issue on Environmental Decision Making Hohes Mitspracherecht d. Bevölkerung Geringer Zeit- & Flächenaufwand Endnutzer Geringe unnötige Bautätigkeit Nur TW Nur AW Beide

23 Weights (average) Weights (average) Weights (average) Gewichte (Mittelwert) Subjektive Präferenzen Akteure erheben: Wie wichtig sind Hauptziele? Wasserversorgung (N=10) Abwasserentsorgung (N=10) Bevölkerung, Eawag (N=314) Weights of ten water supply experts Equity Resourc. Wat.Supp. Social Costs Weights of ten wastewater experts Equity Resources W-water Social Costs Weights of Eawag and the public (N=314) Equity Resources W-water Social Costs Gewichtung durch Akteure (MCDA-Methoden): 2 x 10 Interviews und online-umfrage bei 314 Personen Sichere Wasserversorgung/ Gute Abwasserentsorgung und hoher Ressourcenschutz wichtiger als tiefe Kosten! Generationen gerechtigkeit Ressourcen- & Gewässerschutz Gute Wasserversorgung Sichere Abw. entsorgung Hohe soziale Akzeptanz Tiefe Kosten Lienert, J., Duygan, M., Zheng, J. (subm.) Preference stability over time using two weight elicitation methods for wastewater infrastructure planning. Scholten, L., Schuwirth, N., Reichert, P., Lienert, J. (2014) Tackling uncertainty in multi-criteria decision analysis An application to water supply infrastructure planning. European Journal of Operational Research. In press. Zheng, J., Egger, C., Lienert, J. (in prep.) Scenario-based MCDA framework for wastew. infrastructure planning.

24 Handlungsoptionen (Alternativen): Wie könnte SWW auch aussehen? «Morphologischer Kasten» 17 Faktoren mit je 4 8 Spezifikationen Workshop mit Akteuren: daraus 10+ Handlungsoptionen «bauen» System Räumliche Ausdehnung Kooperation Rehabilitation Technologie A1 stark hohe zentral high-tech A2 stark keine zentral high-tech A3 keine keine dezentr. low-tech A4 keine hohe dezentr. high-tech Organisationsform Strategie Finanzen, Rehabilitation System und Technologie Gemeinde

25 Rangierung der Handlungsoptionen (Alternativen) Abwasser (Sichere Präferenzen, unsichere Leistung) Status quo 13

26 Rangierung der Handlungsoptionen (Alternativen) Abwasser (sichere Präferenzen, unsichere Leistung) Status quo 13

27 Rangierung der Handlungsoptionen (Alternativen) Abwasser (sichere Präferenzen, unsichere Leistung) Status quo Boom 13

28 Rangierung der Handlungsoptionen (Alternativen) Trinkwasser (unsichere Präferenzen und unsichere Leistung) Status quo 14

29 Rangierung der Handlungsoptionen (Alternativen) Trinkwasser (unsichere Präferenzen und unsichere Leistung) Status quo 14

30 Rangierung der Handlungsoptionen (Alternativen) Trinkwasser (Unsichere Präferenzen und unsichere Leistung) Status quo 14

31 Rangierung der Handlungsoptionen (Alternativen) Trinkwasser (Unsichere Präferenzen und unsichere Leistung) Status quo Boom 14

32 Fazit MCDA für Wasserinfrastrukturplanung Präferenzen Blick ausweiten auf Fundamentalziele wenig Konfliktpotenzial Kosten eher unwichtig (im Rahmen d. Optionen) Gute Alternativen aktives Rehabilitationsmanagement, Kooperation dezentrale (high-tech) Alternativen Option?! Unsicherheiten haben grossen Einfluss hohe Zukunftsdynamik stärkste Systemänderung Prognosen und Präferenzen machen Unterschied MCDA Recht hoher Aufwand wenn sorgfältig gemacht solide Methode f. Strukturierung von Entscheidungen Einbezug verschiedenster Akteure, Transparenz

33 Literatur MCDA/ SWIP Siehe auch Projekthomepage, incl. zwei Videos: Lienert, J., Schnetzer, F., Ingold, K. (2013) Stakeholder analysis combined with social network analysis provides fine-grained insights into water infrastructure planning processes. Journal of Environmental Management 125: Lienert, J., L. Scholten, C. Egger, M. Maurer (2014) Structured decision-making for sustainable water infrastructure planning and four future scenarios. EURO Journal on Decision Processes (EJDP), special issue on Environmental Decision Making: Lienert, J., Duygan, M., Zheng, J. (subm.) Preference stability over time using two weight elicitation methods for wastewater infrastructure planning. Scholten, L., Scheidegger, A., Reichert, P., Maurer, M, Lienert, J. (2014a) Strategic rehabilitation planning of piped water networks using multi-criteria decision analysis. Water Research 49(1): Scholten, L., Schuwirth, N., Reichert, P., Lienert, J. (2014b) Tackling uncertainty in multicriteria decision analysis An application to water supply infrastructure planning. European Journal of Operational Research. Scholten, L., Egger, C., Zheng, J. Lienert, J. (2014) Multikriterielle Entscheidungsunterstützung. Neue Ansätze für langfristige Infrastrukturplanung in der Wasserver- und - entsorgung. Aqua & Gas 5, 2014: Zheng, J., Egger, C., Lienert, J. (in prep.) Stakeholders preferences for wastewater infrastructure planning in a scenario-based MCDA framework.