Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften Fachrichtung Wasserwesen Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft, Professur Wasserversorgung

IntegTaIntegTa

Dr.-Ing. Irene SlavikProf. Dr.-Ing. Wolfgang Uhl

IntegTa -

ein integrativer Ansatz

IntegTaIntegTa

Inhalt

• Ausgangspunkt

• Problemstellung und Zielsetzung

• Bisherige Untersuchungen

• Vorgehensweise im Gesamtprojekt

IntegTaIntegTa

IntegTa = Integratives Management

mehrfach genutzter

Trinkwassertalsperren

IntegTaIntegTa

Ausgangspunkt

Vielseitige Nutzungsansprüche an Trinkwassertalsperren:

- Trinkwasserversorgung

- Hochwasserschutz

- ökologischer Zustand

- Energiegewinnung

- Freizeitnutzung

IntegTaIntegTa

Nutzungskonflikte

- Vorhaltung großer Hochwasserrückhalteraum vs. qualitativ hochwertiges Rohwasser für Trinkwasseraufbereitung

- Abflussregulierung beeinflusst ökologische Qualität im Unterlauf

(Konflikte mit Vorgaben und Zielen der EU-Wasserrahmenrichtlinie)

IntegTaIntegTa

Hochwasserschutz/Hochwasserrückhaltung

Trinkwasserversorgung/Rohwasserbereitstellung

Stauziel

Stauziel

freierStauraum

Abgabe-leistung

Mindest-füllung

Wasser-güte

Konflikt

Optimum

Hochwasserschutz/Hochwasserrückhaltung

Trinkwasserversorgung/Rohwasserbereitstellung

StauzielStauziel

StauzielStauziel

freierStauraum

Abgabe-leistung

Mindest-füllung

Wasser-güte

Konflikt

Optimum

Nutzungskonflikte

nach Sieber (2003)

für Konfliktlösung

Entwicklung eines

Entscheidungshilfe-

werkzeugs

=

Ziel des

IntegTa-Projektes

IntegTaIntegTa

Inhalt

• Ausgangspunkt

• Problemstellung und Zielsetzung

• Bisherige Untersuchungen

• Vorgehensweise im Gesamtprojekt

IntegTaIntegTa

TalsperreTrinkwasser-aufbereitung

Unterlauf

- Gesamtsystem ist hoch komplex und dynamisch- optimale, verschiedene Nutzungsaspekte

berücksichtigende und gegeneinander abwägende Bewirtschaftung ist sehr schwierig

Einzugsgebiet

Problem

IntegTaIntegTa

Rohwasserqualität und -menge

Rohwasserqualität und -menge

Externe Faktoren Talsperrenbewirtschaftung

Trinkwasseraufbereitung

Ökologischer Zustanddes Unterlaufs

bislang: Bewirtschaftung basierend auf Wasserwirtschafts-plänen sowie reaktiv

Problemstellung

Wildbettabgabe

IntegTaIntegTa

zukünftig: proaktive Bewirtschaftung

Voraussetzung: Beschreibung der „Zukunft“anhand von Modellen für die Teilbereiche

Rohwasserqualität und -menge

Rohwasserqualität und -menge

Externe Faktoren Talsperrenbewirtschaftung

Trinkwasseraufbereitung

Ökologischer Zustanddes UnterlaufsWildbettabgabe

IntegTaIntegTa

Rohwasserqualitäund -menge

Rohwasserqualität und -menge

Externe Faktoren Talsperrenbewirtschaftung

Trinkwasseraufbereitung

Ökologischer Zustanddes UnterlaufsWildbettabgabe

ModellModelle

Modell

Stochastik

IntegTa

Weiterentwicklung/Neuentwicklung von Modellen für die Teilbereiche und Zusammenführung in neues Werkzeug

Empfehlung/ Bewertung

IntegTaIntegTa

Zielsetzung

Optimale Entscheidung für

Talsperrenbewirtschaftung unter

Berücksichtigung der Nutzungskonflikte

=>

Entwicklung eines Entscheidungshilfewerkzeugs

für die integrative Bewirtschaftung von

Talsperrensystemen

IntegTaIntegTa

Inhalt

• Ausgangspunkt

• Problemstellung und Zielsetzung

• Bisherige Untersuchungen

• Vorgehensweise im Gesamtprojekt

IntegTaIntegTa

Bisherige Untersuchungen

Bewirtschaftungsoptimierungen:

- Beispiel: Rappbodetalsperre (Schöpfer et al., Koblenz)

Sicherstellung Rohwasserbereitstellung in erforderlicher

Menge und Qualität

Nur qualitative Bewertung der Rohwassergüte für

Einzugsgebiet und Talsperre

Berücksichtigung Hochwasserschutz, Energiegewinnung

- Optimierung Wasserkraftnutzung und Hochwasser-

management für Talsperren des Aggerverbandes(Lohr, Darmstadt)

IntegTaIntegTa

Bewirtschaftungsoptimierungen:

- Trübungsreduzierung in einer Talsperre (Pyke et al., USA)

- Optimierung der Talsperrenwasserqualität hinsichtlich

Algenproduktion zur Unterstützung der Trinkwasser-

aufbereitung (Bayley et al., UK)

- Entwicklung von Talsperrenbewirtschaftungs-

strategien zur Kontrolle der Produktion von

Cyanobakterientoxinen (Brookes et al., Australien)

Bisherige Untersuchungen

IntegTaIntegTa

Erste Ergebnisse aus IntegTa in der Praxis:

- ATT-Schriftenreihe Band 7:

Fachliches Regelwerk zur integralen Wassermengen- und

Wassergütebewirtschaftung

Definition von Grundlagen und Zielen für Sicherung der

Trinkwassergewinnung und für guten ökologischen

Zustand des Unterlaufs

Formulierung von Handlungsempfehlungen

- Menge-Güte Kopplung an Oleftalsperre (Lohr, Darmstadt)

Bisherige Untersuchungen

IntegTaIntegTa

Bislang kein Werkzeug zur integrativen Simulation und

Bewertung der Auswirkungen von Managementstrategien

integrativ = Berücksichtigung von

- Wassergüte

- Hochwasserschutz

- Trinkwasseraufbereitung

- ökologische Qualität im Unterlauf

Bisherige Untersuchungen

IntegTaIntegTa

besonders wichtig:

Berücksichtigung von möglichen Extremereignissen oder

Veränderungen von Randbedingungen(z. B. durch Klimaänderungen)

IntegTaIntegTa

Extremereignisse

DOC TS Klingenberg (saisonbereinigt)

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

Jan 96 Jan 98 Jan 00 Jan 02 Jan 04 Jan 06

Datum

DO

C [m

g/L]

DOC

untere Grenze 95% Konfidenzintervall

obere Grenze 95% Konfidenzintervall

Linear (DOC)

IntegTaIntegTa

ExtremereignisseTrübung TS Klingenberg (saisonbereinigt)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Jan 98 Jan 00 Jan 02 Jan 04 Jan 06 Jan 08

Datum

Trüb

ung

[FN

U]

Trübung FNU

untere Grenze 95% Konfidenzintervallobere Grenze 95% Konfidenzintervall

Linear (Trübung FNU)

IntegTaIntegTa

Inhalt

• Ausgangspunkt

• Problemstellung und Zielsetzung

• Bisherige Untersuchungen

• Vorgehensweise im Gesamtprojekt

IntegTaIntegTa

IntegTa

Weiterentwicklung/Neuentwicklung von Modellen für die Teilbereiche und Integration in neues Werkzeug

Integration von

• Wassermengenmodell

• Wassergütemodell

• Fließgewässermodell

• Modell Trinkwasseraufbereitung

Anforderungen an Entscheidungshilfewerkzeug

IntegTaIntegTa

Anforderungen an Entscheidungshilfewerkzeug

vorzugebender realistischer Ausgangszustand

Vorgabe nicht akzeptabler Zustände (z.B. zu geringer Hochwasserschutz, sehr hoher Aufwand für Trinkwasseraufbereitung)

Berücksichtigung nicht vorhersagbarer Ereignisse (z.B. Starkregen, lange Trockenheit)

Simulation: Auswirkungen verschiedener Bewirtschaftungsstrategien auf:

WassermengeWasserqualitätWasseraufbereitungFließgewässerökologie

Bewertung der Ergebnisse

IntegTaIntegTa

Entscheidungshilfewerkzeug

Simulation WassermengeOptimierung Menge

Simulation Fliessgewässer

Qin, Qout

Evaluation des Gesamtsystems

Verletzungs-Wahrscheinlich-keiten + Ursachen

Verletzungs-wahrscheinlich-keiten + Ursachen

Gütekriterien

Gütekriterien

JaEnde

SimulationTrinkwasseraufbereitung

Optimierung TWA

Gütekriterien

Simulation Wassergüte

Stochastik Extremereignisse

Regelwerk Güte, Menge, Fließ-gewässer, Trinkwasseraufbereitung

Kriterienverletzung?Überschreitung Toleranzbereich?

Nein

IntegTaIntegTa

IntegTa Arbeitspakete

AP 9Optimierung A

P 1

0

P r

o j

e k

t k

o o

r d

i n

a t

i o

n

AP 2LC-OND-Detektor

AP 5Berücksichtigung Extremereignisse

AP 7Anlagentechnik

AP 6Wasserversorgung

AP 8Fließgewässerqualität

AP 4Wassermenge

AP 3Wassergüte

AP 1Daten- und Systemanalyse

IntegTaIntegTa

IntegTa - Teilprojekte

Wassermengen- und GütebewirtschaftungSYDRO Consult GmbH

Meteorologische und hydrologische ExtremereignisseTU Dresden, Ökologische Station Neunzehnhain

TalsperrenwassergüteTU Dresden, Institut für Hydrobiologie

Fließgewässerökologie, Wasser- und StoffhaushaltUniversität Kassel, CESR

WasserversorgungTU Dresden, Institut für Siedlungs- und Ind.-wasserwirtschaft

Entwicklung LC-OCD/OND-DetektorDOC-Labor Dr. Huber

Anlagentechnik – Direkte NanofiltrationKrüger WABAG GmbH

IntegTaIntegTa

IntegTa – unterstützende Projektpartner

DREWAG Stadtwerke Dresden GmbH

Landestalsperrenverwaltung (LTV)

Wasserversorgung Weißeritzgruppe GmbH

(WVW)

IntegTaIntegTa

IntegTa – Projektträger

gefördert vom:

Projektträger:

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Projektträger Karlsruhe

Wassertechnologie und Entsorgung (PTKA-WTE)

Außenstelle Dresden

IntegTaIntegTa

Studienobjekt

Talsperrensystem

Klingenberg - Lehnmühle

Google EarthLTV (2009)

IntegTaIntegTa

Studienobjekt

TS Klingenberg

TS Lehnmühle

Zwischengebiet:Ae = 29 km²Qm = 0,34 m³/s

Ae = 60 km²Qm = 1,11 m³/s

TS Flaje (CSZ)

TS Rauschenbach

TS Lichtenberg

Vorsperre

Umgehungsstollen 3km langQmax=30m³/s

Pumpwerk(nicht ansetzen)

RevierwasserlaufanstaltFreiberg

Weiher60ha1,6 Mio.m³

40 l/s+15 l/s

NWA:150 l/s

50 l/s

1000 l/s

TW Abgabe (Dresden 800l/s + Weisseritz Verband 200l/s)

75 l/s Überleitung

Mindestabgabe

Mindestabgabe

Überleitung Rgl = 250 l/s

Überleitung

Qmax=350l/s

Rauschenfluss

Aeg = 70,2 km²Ae = 27,4 km²Qm = 600 l/s

Ae = 42,8 km²Qm = 820 l/s

SYDRO Consult GmbH (2009)

IntegTaIntegTa

Talsperre Klingenberg

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!