1 Einleitung...1 1.1 Entscheidungsprobleme bei der integrierten Flussgebietsbewirtschaftung...1 1.2 Anwendung systemanalytischer Methoden zur Entscheidungsunterstützung...5 1.3 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit...8 2 Grundlagen der Entscheidungsunterstützung...11 2.1 Entscheidungstheoretische Grundlagen...11 2.2 Entscheidungsprozesse...13 2.2.1 Sequentielle Entscheidungsprozesse...14 2.2.2 Iterative Entscheidungsprozesse...14 2.2.3 Adaptives Entscheidungsverhalten...16 2.3 Analyse multikriterieller Entscheidungsprobleme...17 2.3.1 Strukturierung von Entscheidungsproblemen...17 2.3.2 Methoden der multikriteriellen Analyse...20 2.3.3 Präferenzmodellierung...22 2.3.4 Formen der Interaktion...23 2.3.5 Dominanzrelation und Effizienzkonzepte...24 2.3.6 Methoden auf Basis der Nutzentheorie...25 2.3.6.1 Multiattributive Nutzentheorie (MAUT)...25 2.3.6.2 Analytischer hierarchischer Prozess (AHP)...26 2.3.7 Outranking-Methoden...27 2.3.7.1 ELECTRE...27 2.3.7.2 PROMETHEE und GAIA...28 2.3.8 Methoden mit Verwendung von Referenzpunkten...31 2.3.8.1 Goal Programming...32 2.3.8.2 Compromise Programming...32 2.3.9 Interaktive Verfahren...33 2.3.9.1 STEM...33 2.3.9.2 GDF...33 2.3.9.3 Surrogate Worth Tradeoff-Methode...34 2.3.9.4 AIM...34 2.3.9.5 Reasonable Goals Methode mit interaktiven Entscheidungsoberflächen...35 3 Entscheidungsunterstützungssysteme...43 3.1 Definition und Typen von Entscheidungsunterstützungssystemen...43 3.2 Komponenten und Funktionalitäten von Entscheidungsunterstützungssystemen...44 I
3.3 Gruppenentscheidungsunterstützungssysteme... 46 3.4 Raumbezogene Entscheidungsunterstützungssysteme... 48 4 Modellierung von Geschäftsprozessen und Softwaresystemen... 51 4.1 Vorgehensmodelle für die Software-Entwicklung... 51 4.2 Geschäftsprozessmodellierung... 53 4.2.1 Metamodell für die Geschäftsprozessmodellierung... 54 4.2.2 Methoden und Notationen der Geschäftsprozessmodellierung... 56 4.3 Modellgestützte Software-Entwicklung... 57 4.3.1 Das Konzept der modellgetriebenen Software-Architektur... 57 4.3.2 Die Unified Modeling Language (UML)... 58 4.3.2.1 Anwendungsfallmodelle... 59 4.3.2.2 Aktivitätsmodelle... 60 4.3.2.3 Klassendiagramme... 62 4.4 Architektur komplexer Softwaresysteme... 63 4.4.1 Mehrschichten-Architektur verteilter Systeme... 64 4.4.2 Service-orientierte Architekturen... 64 4.4.3 Architektur von ArcGIS... 65 4.4.4 Modellgestützte Entwicklung von Geodatenbanken... 66 5 Zusammenfassung des Forschungsstandes und Konzeption der eigenen Arbeiten... 67 5.1 Charakterisierung von Entscheidungsproblemen der integrierten Flussgebietsbewirtschaftung... 67 5.2 Entwicklung einer Methodik zur Entscheidungsunterstützung am Beispiel der Maßnahmenplanung im Zuge der Umsetzung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie... 68 5.3 Eignung von Methoden der multikriteriellen Analyse... 68 5.4 Konzeption eines Entscheidungsunterstützungssystems... 71 5.5 Möglichkeiten zur besseren Verzahnung von Entscheidungsprozessen und Entscheidungsunterstützungssystem... 73 6 Modellierung von Entscheidungsprozessen für die integrierte Flussgebietsbewirtschaftung am Beispiel der EU-Wasserrahmenrichtlinie... 77 6.1 Vorgaben der EU-Wasserrahmenrichtlinie an die integrierte Flussgebietsbewirtschaftung... 77 6.1.1 Ziele der Wasserrahmenrichtlinie... 77 6.1.2 Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie... 78 6.1.3 Planungsprozesse bei der Umsetzung der WRRL... 80 II
6.1.4 Handlungsoptionen für Stakeholder, Planer und Entscheidungsträger...83 6.2 Modellierung von Entscheidungsprozessen...85 6.2.1 Strategischer Entscheidungsprozess...85 6.2.1.1 Prozessmodell...85 6.2.1.2 Objektmodell...88 6.2.2 Problemidentifikation Beschreibung von Ist-Zustand, Defiziten und Entscheidungsumfeld...92 6.2.2.1 Prozessmodell...92 6.2.2.2 Objektmodell...92 6.2.3 Lokale Planung Einzelmaßnahmen...93 6.2.3.1 Prozessmodell...93 6.2.3.2 Objektmodell...94 6.2.4 Regionale Planung Strategieentwicklung für den Flussgebietsbewirtschaftungsplan...96 6.2.4.1 Prozessmodell...96 6.2.4.2 Objektmodell...97 6.2.5 Auswahl Multikriterielle Analyse, Verhandlung und Entscheidung über das Maßnahmenprogramm...100 6.2.5.1 Prozessmodell...100 6.2.5.2 Objektmodell...100 6.2.6 Umsetzung und Evaluierung Effizienzkontrolle, Fortschreibung der Pläne und Aufbau einer Wissensbasis...101 7 Entwicklung eines prototypischen Entscheidungsunterstützungssystems...103 7.1 Zusammenfassung der Anforderungen an das DSS...103 7.2 Software-Architektur des DSS...104 7.3 Benutzeroberfläche des DSS...106 7.3.1 Verwaltung von Sitzungen...106 7.3.2 Iterative Filterung von Alternativen...106 7.3.3 Ermittlung effizienter Alternativen durch multikriterielle Analyse...108 7.3.3.1 Funktionalität des RGDB-Applet...108 7.3.3.2 Anzeige der Entscheidungsoberflächen...109 7.3.3.3 Aushandlung von Anspruchsniveaus...110 7.3.3.4 Auswertung der selektierten Alternativen...111 8 Exemplarische Anwendung der Methodik für das Flussgebiet der Werra...113 8.1 Problemidentifikation...114 III
8.1.1 Beschreibung und Diskretisierung des Untersuchungsgebietes... 114 8.1.2 Institutionelle Strukturen, Akteure und Konflikte... 115 8.1.3 Belastungen durch menschliche Tätigkeiten... 116 8.1.4 Bewertung des ökologischen Zustands und Potenzials der Oberflächenwasserkörper... 117 8.1.5 Abschätzung der weiteren Entwicklung bis 2015... 118 8.1.6 Defizitanalyse und Abschätzung des Handlungsbedarfs... 119 8.2 Bewertungskriterien... 120 8.2.1 Ökologischer Zustand... 122 8.2.2 Ökologische Durchgängigkeit... 122 8.2.3 Nährstoffbelastung... 123 8.2.4 Kosten... 123 8.2.5 Nutzen... 124 8.2.6 Soziale Akzeptanz... 125 8.2.7 Risiko... 126 8.3 Entwicklung lokaler Handlungsmöglichkeiten zur Erreichung der Umweltziele der WRRL... 127 8.3.1 Planung von Einzelmaßnahmen... 127 8.3.1.1 Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerstruktur... 127 8.3.1.2 Maßnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit der Fließgewässer für wandernde Organismen... 128 8.3.1.3 Maßnahmen zur Reduzierung punktueller Nährstoffeinträge... 129 8.3.1.4 Maßnahmen zur Reduzierung von diffusen Nährstoffeinträgen und Versauerung... 130 8.3.2 Mögliche Ausnahmen von den Umweltzielen... 130 8.4 Alternative Strategien zur Kombination von Maßnahmen für den Flussgebietsbewirtschaftungsplan... 131 8.4.1 Teilstrategien zur Verbesserung der hydromorphologischen Verhältnisse... 132 8.4.2 Teilstrategien zur Verringerung des Nährstoffeintrages... 133 8.4.3 Strategien für ein Maßnahmenprogramm unter Berücksichtigung der Kostenanlastung... 137 8.4.4 Integrierte Bewertung der Strategien... 137 8.5 Entscheidungsorientierte Analyse alternativer Strategien... 138 8.5.1 Paarweise Betrachtung der Entscheidungskriterien... 138 8.5.2 Anwendung der multikriteriellen RGM/IDM-Technik... 139 8.5.3 Anwendung der PROMETHEE II-GAIA-Methode... 141 8.5.4 Anwendung von Compromise Programming... 142 8.5.5 Robustheit möglicher Handlungsempfehlungen... 143 IV
9 Diskussion und Ausblick...147 Literatur...151 Anhang A: Verwendete Notationen der Unified Modeling Language (UML)...163 Anhang B: Aktivitätsmodell der Entscheidungsprozesse...167 Anhang C: Objektmodell der Maßnahmendatenbank...181 V