MuDak-WRM

Multidisziplinäre Datenakquisition als Schlüssel für ein global anwendbares Wasserressourcenmanagement

Projektdaten
AntragstellerKarlsruher Institut für Technologie, Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Fachbereich Wasserwirtschaft und Kulturtechnik
PartnerDeutsche Partner: Karlsruher Institut für Technologie (IWG-SWW, IWG-WK, IPF), 52° North Initiative for Geospatial Open Source, Software GmbH, Universität Koblenz-Landau, HYDRON Ingenieurgesellschaft für Umwelt und, Wasserwirtschaft mbH, EFTAS Fernerkundung Technologietransfer GmbH, TriOS Mess- und Datentechnik GmbH; Brasilianische Partner: Universidade Positivo (UP), Universidade Federal do Paraná (UFPR), Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR), Instituto das Aguas do Paraná (AguasParaná), Instituto Paranaense de assistência técnica e extensão rural (EMATER), Agencia Nacional de Aguas (ANA)
Beginn des Projektes03/2017
Abschluss des Projektes03/2020
FördermittelgeberBundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Fördermaßnahme GROW - Globale Ressource Wasser - im Zuge des Rahmenprogramms FONA - Forschung für nachhaltige Entwicklung
Fördersumme 2,6 Millionen Euro gefördert durch BMBF
MuDak-WRM Logo
Ziel des Projektes

Stauseen versorgen in vielen Teilen der Erde die Menschen mit Trinkwasser. Doch die Wasserreservoire sind auch Sammelbecken für Sedimente, Dünger und Schadstoffe, die die Wasserqualität beeinträchtigen. Ziel des deutsch-brasilianischen Forschungsprojekts MuDak-WRM ist es, ein einfaches Modell zu entwickeln, das die Wasserqualität von Stauseen vorausschauend über Jahre darstellt und sich ohne hohen Aufwand weltweit anwenden lässt.

Die Qualität des Wassers in Stauseen hängt wesentlich von ihrem Einzugsgebiet ab. Um die Prozesse in Stauseen besser in einem Modell abbilden zu können, ist die Einbeziehung des Flusseinzugsgebiets unerlässlich. Wenn durch intensive Land- und Forstwirtschaft oder starke Besiedelung große Mengen an Nährstoffen in das Staubecken gelangen, kann dies zur Überdüngung - Eutrophierung - des Sees führen, die das Wachstum von Algen und häufig auch sogenannten „Cyanobakterien" verstärkt. Wird das Gewässer langfristig überdüngt, eignet es sich nicht mehr zur Gewinnung von Trinkwasser.

Ziel ist die Entwicklung eines möglichst einfachen Modells, mit dem sich die mittel- bis langfristig zu erwartende Veränderung der Wasserqualität in Stauseen vorhersagen lässt. Zentraler Aspekt des Forschungsvorhabens ist es, die Komplexität der zugrunde gelegten wissenschaftlichen Ansätze und benötigten Daten für das künftige Modell zu verringern, damit es ohne hohen Aufwand unter anderem auch in Entwicklungsländern anwendbar ist.

Das künftige Modell soll es Betreibern von Talsperren ermöglichen, die Wasserqualität über Jahre vorausschauend zu managen. Es könnte politischen Akteuren und Behörden Entscheidungsgrundlagen bieten und für die Information von Farmern und Industriebetrieben genutzt werden. Ein Beispiel für nachhaltige Vorsorge ist z. B. Aufforstung, die verhindert, dass aus brachliegendem Boden bei Starkregen große Mengen Feinpartikel in den Fluss geschwemmt werden und in den Stausee gelangen.

Es geht darum, das dynamische Zusammenspiel zwischen Einzugsgebiet und Wasserkörper tiefergehend zu untersuchen. Dafür werden unter anderem innovative fernerkundliche Techniken genutzt: Mit Drohnen fliegende Hyperspektral-Kameras zeichnen detaillierte Spektren des vom Gewässer zurückgestreuten Lichts auf und ergänzen so multispektrale Satellitenaufnahmen der europäischen Weltraumagentur ESA. Über ein Echtzeit-Datennetzwerk (Sensor Web) haben die Partner des Forschungsverbunds jederzeit Einblick in den Projektverlauf und können die erhobenen Messungen und Ergebnisse unmittelbar nutzen.
Das Projekt nutzt Satellitendaten des europäischen Programms zur Erdbeobachtung Copernicus des ESA, vor allem die Radardaten der Sentinel 1 Satellitenmission zur Detektion der Bodenfeuchteschwankungen sowie die optischen multispektralen Daten von Sentinel 2 zur Erkennung von Landnutzungsänderungen.

http://www.mudak-wrm.kit.edu/

Arbeitsprogramm
  • Reduktion der Komplexität der Modellansätze und des damit verbundenen Datenbedarfs
  • Ableitung zentraler Parameter zur Beschreibung von Einzugsgebiets- und Gewässereigenschaften aus weltweit verfügbaren fernerkundlichen Datensätzen
  • Entwicklung von Methoden für ein der Aufgabenstellung angepasstes hocheffizientes on-site Mindest-Monitoring
  • Entwicklung angepasster Strategien zur Implementierung der Modelle und Maßnahmen gemeinsam mit den zukünftigen (lokalen) Anwendern
  • Entwicklung geeigneter Multiplikationsstrategien
     
Ergebnisse

Ergebnisse finden Sie hier nach Abschluss des Projektes.

Nutzen für den Wupperverband

Der Wupperverband ist innerhalb des Projekts insbesondere für die Systemarchitektur verantwortlich. Das am Wupperverband bestehende Sensor Web vereinheitlicht die im Verbandsgebiet erhobenen verschiedenartigen Messdaten und stellt diese frei verfügbar im Internet bereit. Bislang fließen aber lediglich kontinuierliche Messungen am Boden (Hydrologische, meteorologische Daten) in das Sensor Web ein. Das Forschungsprojekt erlaubt es, die am Wupperverband aufgebaute Sensor Web Infrastruktur um drei große Bausteine zu erweitern. Erstens werden im Forschungsprojekt Mechanismen und Modelle entwickelt, welche Messkampagnen und Einzelbeprobungen über einheitliche Webdienste bereitstellen können. Des Weiteren werden Komponenten zur Weiterverarbeitung von Messdaten in Modellen angebunden. Schließlich werden aktuelle und kontinuierlich produzierte Fernerkundungsdaten in den Sensor Web Datentopf integriert.

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