Ziel der Optimierung in diesem Teilprojekt ist es, Regeln für die bestmögliche Bewirtschaftung knapper Grundwasserressourcen für unterschiedliche Szenerien bereitzustellen. Bei einer Mehrzieloptimierung ist es dabei möglich, die Grundwasserbewirtschaftung nicht nur hinsichtlich eines Zieles zu optimieren, sondern mehrere unterschiedliche Ziele zu betrachten, die sich dabei in ihrer Erfüllung widersprechen (zum Beispiel möglichst hohe Entnahmemengen bei gleichzeitig möglichst geringer Grundwasserabsenkung). Das Ergebnis der Optimierung sind dann mehrere Lösungen mit unterschiedlichen Bewirtschaftungsregeln, die verschiedene bestmögliche Kompromisse mit unterschiedlichen Präferenzen hinsichtlich der sich widersprechenden Ziele darstellen.
Eine möglichst realistische Beschreibung des Grundwasserkörpers und den Randbedingungen der Bewirtschaftung bietet die simulationsbasierte Optimierung. Dafür wird das in MedWater aufgebaute Grundwassermodell genutzt, um die Prozesse im Grundwasserleiter zu simulieren, während ein angeschlossener Optimierungsalgorithmus kontinuierlich nach verbesserten Regeln für die Bewirtschaftung sucht (Abbildung 1).
Um Überschüsse oder Defizite in der Grundwasserentnahme, die räumlich und zeitlich differenziert auftreten können, auszugleichen, werden zusätzlich alternative Wasserquellen (Meerwasserentsalzung, Abwasseraufbereitung, Grundwasseranreicherung etc.) oder die Umverteilung des entnommenen Wassers während der Optimierung vorgenommen.
Grundwasserentnahmebrunnen im Einzugsgebiet des Grundwasserkörpers werden zu Gruppen zusammengefasst. Die monatlich variablen Entnahmen sind als Entnahme-Muster (zeitlicher Verlauf der Entnahmerate) generalisiert. Diese lassen sich dann über einfache Faktoren ändern (Abbildung 2).
Erste Ergebnisse
In bisherigen Arbeiten wurde eine umfangreiche Programmlösung zur Anbindung der Optimierungsalgorithmen an MODFLOW geschafften, mit der unterschiedliche Bewirtschaftungsszenerien bearbeitet werden können. Aktuell arbeiten wir gemeinsam mit Stakeholdern vor Ort an der Umsetzung der lokal genutzten Bewirtschaftungsregeln in den Optimierungsalgorithmus. Weiterhin sind von den Stakeholdern Ziele zu definieren, deren Beachtung wichtig ist. Mit diesen Grundlagen ist es dann in den nächsten Arbeitsschritten möglich, Bereiche der Bewirtschaftung für unterschiedliche Szenarien zu optimieren.