Arbeitspakete

Das Projekt MedWater gliedert sich in sieben Arbeitspakete mit insgesamt 13 Unterprojekten (Abb. ):

Arbeitspakete (WP), WP-Leiter und Interaktion einzelner Arbeitspakete

WP1: Koordination

Gegenstand des Arbeitspakets WP1 ist die Feinabstimmung der einzelnen Arbeitspakete untereinander, was ein Sicherstellen der inhaltlichen Vernetzung und eine zeitliche Abstimmung der individuellen Teilarbeiten beinhaltet. Die Koordination übernimmt die Organisation der regelmäßigen Projekttreffen und die Mitorganisation der Workshops und Schulungen der Stakeholder.

WP2: Systemcharakterisierung und Modellierung des hydrol.-hydrogeol. Systems

Grundlage für die „real-time“ Optimierung ist ein Modell des „Ressourcen-Bedarf-Systems“, das auch den Wasserbedarf der Ökosysteme miteinschließt. Um die Reaktion des Grundwasserabflusses ereignisorientiert zeitlich hochauflösend abbilden zu können, soll ein instationäres Doppelkontinuummodell des Mountain-Aquifers zur Simulation des Verhaltens des Grundwasserspeichers erstellt werden. Das Grundwassermodell (MODFLOW) berücksichtigt den komplexen Wassertransfer in der ungesättigten Zone. Mit Hilfe derzeit verfügbarer Daten (ERS SCAT, METOP ASCAT, ENVISAT ASAR und Sentinel-1) werden Langzeit-Bodenfeuchtezeitreihen auf räumlich unterschiedlichen Skalen (zwischen 150 m und 26 km) erstellt, die zur Kalibrierung des hydrologisch-hydrogeologischen Modells dienen. Im nächsten Schritt erfolgt die Kopplung des Soil and Water Assessment Tools (SWAT) mit dem hydrologisch-hydrogeologischen Modell. SWAT ermöglicht die Modellierung des Nährstofftransports, der Biomasseproduktion und landwirtschaftlichen Bewirtschaftung (z.B. künstliche Bewässerung). Die Modelle berücksichtigen neben der Bodenfeuchte auch die Ausdehnung von Feuchtgebieten, Vegetationsparameter (z. B. NDVI), sowie Landnutzungsinformationen, die mittels multitemporaler und multispektraler Fernerkundungsdaten generiert werden. Dieser prozessbasierte Modellansatz quantifiziert so den Einfluss von hydrologischen und Landnutzungsänderungen auf Ökosystemleistungen, sowie die Ableitung entsprechender Wirkzusammenhänge in Form von Kausalketten.

WP3: Szenarien & Indikatoren

Ziel des WP 3 ist die Quantifizierung der möglichen Änderung der Wasserressourcen in Abhängigkeit von externen Faktoren (Landnutzung, Klimaänderung, regionale Wassermanagementstrategien, Handel von virtuellem Wasser über Nahrungsmittel) mit Hilfe von Szenarien. Ziel dieses Arbeitspakets ist es, die Variablen für die Szenarien festzulegen. Es werden sowohl Klimafaktoren (Niederschlag und Temperatur) als auch sozioökonomische Faktoren (Bevölkerungswachstum, Konsum pro Kopf, inländische Wasserbewirtschaftung, Import von virtuellem Wasser via Nahrungsmittel) berücksichtigt.

Es werden in Abstimmung mit den Stakeholdern Szenarien definiert und analysiert und ein Szenarien-Katalog generiert, der als Hintergrundinformation für die Entwicklung des Decision Support Systems in WP 7 dient. Dabei werden gemäß der TEEB-Klassifikation Versorgungsleistungen (Nahrungsmittel, Qualität und Quantität von Trink- und Bewässerungswasser), Regulationsleistungen (Kohlenstoffspeicherung, Erosionsschutz, Nährstoffrückhalt) und Habitatleistungen (Habitate für bedrohte Arten) unterschieden und deren Relevanz für die regionalen Entwicklungsziele zusammen mit den Stakeholdern definiert.

Abschließend werden die Auswirkungen der Einflussfaktoren auf die Ökosystemleistungen entlang der definierten Kausalketten für die Szenarien  mittels des regionalen SWAT-MODFLOW Modells quantifiziert. Als weiterer Indikator werden die Energieverbräuche der Wasserbereitstellung modelliert. Dies wird insofern relevant sein, da die physischen Energieverbräuche der Bereitstellung von virtuellem Wasser (via Transport von importierten Nahrungsmitteln nach Israel), zum Beispiel der Bereitstellung aus entsalztem Meerwasser, für Bewässerungslandwirtschaften gegenübergestellt werden kann. Darüber hinaus werden keine weiteren Nachhaltigkeitsindikatoren in die Analyse aufgenommen, um die Komplexität nicht noch weiter zu erhöhen.

WP4: Virtuelle Wasserflüsse nach Israel und Auswirkungen auf globale Ökosystemleistungen

In diesem WP sollen nach Israel importierte Nahrungsmittel in Hinblick auf das enthaltene virtuelle Wasser quantifiziert werden. Mit Hilfe des global parametrisierten SWAT kann nicht nur der Wasserfußabdruck modelliert werden, sondern darüber hinaus auch die Auswirkungen der agrarischen Produktion auf andere Ökosystemleistungen in Exportländern untersucht werden. Über FAOSTAT Handelsdaten wird der Israelische Import und Export von Lebensmitteln und damit verknüpft die virtuellen Flüsse von Wasser und der Wasserfußabdruck quantifiziert. Mit Hilfe von global parametrisiertem SWAT (Srinivasan et al., 2015) und InVEST wird bestimmt i) wie sich die Agrarproduktion auf die Ökosystemleistungen der Exportländer für die wichtigsten Exportregionen und ii) inwieweit eine Verschiebung der Agrarproduktion und damit auch der Wassernutzung sich negativ auf Ökosystemleistungen in den Anbauländern auswirken. Damit wird die Interaktion der Untersuchungs- und der Transferstandorte mit den globalen Wasserressourcen und Ökosystemleistungen hergestellt.

WP5: Optimierung & Entwicklungsszenarien

Für die multikriterielle Optimierung erfolgt die Überführung der verifizierten Kausalketten (WP 2 und WP 3) in Übertragungsfunktionen. Die Optimierung berücksichtigt konkurrierende Ziele, wie: Ökosystemleistungen und Indikatoren, Wasserhandel, Biodiversität, Wasserqualität, Kosten, Energieverbrauch und die Verfügbarkeit der Wasserressource. Eine Betrachtung von Zielfunktionen im Rahmen einer multikriteriellen Optimierung erlaubt die Identifikation von pareto-optimalen Lösungen. Dabei werden Synergien und Konflikte in der Region sichtbar. Entwicklungsziele lassen sich auf dieser Grundlage ableiten.

Basierend auf den Ergebnissen der multikriteriellen Optimierung werden ökologisch oder ökonomisch orientierte Entwicklungsszenarien abgeleitet, die eine effiziente und nachhaltige Wasserbewirtschaftung ermöglichen. Stakeholder weisen den Zielindikatoren, regionalen Entwicklungszielen und hydrologisch-hydrogeologischen und ökologischen Bedingungen ihre Prioritäten zu. Den Präferenzen entsprechende Lösungen werden mittels Entscheidungshilfetechniken aus der Pareto-Menge gezogen. Die der Lösung zugehörigen Optimierungsvariablen definieren dann die Bewirtschaftung für das Entwicklungsszenario.

WP6: Transfer auf die globale Skala

Der Transfer umfasst i) die Übertragung der Ergebnisse auf andere Gebiete mit guter Messinfrastruktur (Alento- und Lez-Einzugsgebiete) und langjähriger Managementerfahrung im regionalen Kontext und ii) die Generalisierung der Indikatoren und des Optimierungsprozesses als Methode. Es wird eine Bewertungsmatrix erstellt, die Standorte gemäß Einzugsgebietstyp, Böden, Niederschlagsverteilungsmuster gruppiert, damit generalisiert, und Indikatoren aus WP 4 den jeweiligen Kombinationen zuordnet. Diese Bewertungsmatrix wird auf ausgewählte, internationale, großräumige Karbonatgrundwasserleiter mit hoher wasserwirtschaftlicher Relevanz und mediterranem Klimamuster angewendet. Eine bedeutende Rolle zur Generalisierung der Ergebnisse spielt die Fernerkundung, da sie bodenspezifische Einzugsgebietscharakteristika auf überregionaler Skala liefert und regionale Ergebnisse auf Standorte mit vergleichbaren Eigenschaften weltweit transferiert.

WP7: Produkte

Für die Implementierung eines ereignisorientierten Wasserressourcenmanagements werden webbasierte Informationssysteme als Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Praxis eingesetzt, die die Stakeholder (Wasserversorger, Landwirte und Landwirtschaftsbehörden, einschlägige Wirtschaftsunternehmen, etc.) frühzeitig einbinden, um eine möglichst große Akzeptanz für die spätere Nutzung der Systeme zu erzielen. Das Arbeitspaket umfasst die Entwicklung eines „real-time data-based“ Decision-Support-Systems (DSS) sowie das Anlegen einer umfangreiche Datenbank für den Datenaustausch und die Datenspeicherung. Für den Wissenstransfer finden Schulungen und Workshops statt.