im BMBF-Projekt GETAS

GETAS: Gekoppelte hydrodynamisch-ökologische Simulation zur Bewirtschaftung von Talsperren

Speziell auf die Trinkwasserversorgung aus Oberflächengewässern bezogen, verlangt die Entwicklung nachhaltiger Systemlösungen primär die ganzheitliche Betrachtung des wasserwirtschaftlichen Systems, das aus fünf Komponenten besteht: Einzugsgebiet, Fließgewässer, Trinkwassertalsperre (oder Trinkwassersee), Aufbereitungsanlage und Verteilungssystem. Jede dieser Teilkomponenten ist bereits ein komplexes System. Eine erfolgreiche Bewirtschaftung des Gesamtsystems kann daher nur durch geeignete quantitativ arbeitende Instrumente (Modelle) errreicht werden.
Dies ist angesichts der Trinkwasserknappheit weltweit ein Problem, aber auch hierzulande nicht weniger wichtig.
In dem Verbundprojekt GETAS haben die drei Partner HYDROMOD, Technische Universität Dresden und METCON ein neuartiges Bewirtschaftungsinstrument für Talsperren entwickelt. Dabei wurde in diesem Projekt, teilweise gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, das Einzelwissen bisher weitgehend getrennt operierender deutscher Experten auf den Gebieten Hydrobiologie, Seenphysik/Ozeanografie, Meteorologie/Klimatologie und Wasserbewirtschaftung verknüpft.
Mit Hilfe eines anwenderfreundlichen Computermodells können jetzt hydrobiologische und hydrophysikalische Teilmodelle gekoppelt und in den Bewirtschaftungszusammenhang übergreifender wasserwirtschaftlicher Systeme, z. B. ein Talsperrenverbundsystem, eingebettet werden.

Besonders in den Mittelgebirgsregionen Deutschlands (Thüringen, Sachsen, NRW, Niedersachsen, Sachsen-Anhalt, Baden-Württemberg) besteht wegen des hohen Anteils der Trinkwasserversorgung aus Oberflächengewässern dringender Bedarf nach einem geeigneten Modellsystem für die Talsperrenbewirtschaftung. Einige Betreiber nutzen bereits die gegenwärtig verfügbaren Modelle und nehmen die unvermeidbaren Einschränkungen in Kauf, die aus der zur Zeit noch mangelnden Komplexität dieser Modelle resultieren.

Talsperre Saidenbach

Eine schwerwiegende und lange unterschätzte Teilaufgabe aller existierenden Modelle und Modellstudien ist die Bestimmung des Licht-, Wärme - und Impulseintrags durch die Wasseroberfläche einer Talsperre, die gewöhnlich durch komplexe Wind- und Abschattungsverhältnisse gekennzeichnet sind. Speziell für ein modernes, räumlich-zeitlich hochauflösendes Modellkonzept ist es außerdem notwendig, dass die o.g. Informationen ebenfalls räumlich und zeitlich hochauflösend vorgelegt werden. Dies kann naturgemäß kaum durch reine Messungen erfolgen, sondern erfordert den Einsatz eines speziellen meteorologischen Modells, welches die Wetterbedingungen in der Umgebung der Talsperre naturähnlich abbilden kann.

Talsperre Bautzen

Während der Frühjahrsmesskampagne 2003 wurde in der Talsperre Bautzen das Vertikalprofil der Temperatur mit einer Mikrostruktur-Sonde auf einer zentralen Mess-Station über 72 Stunden gemessen. Das Ergebnis vermittelt einen eindrucksvollen Überblick, wie sich aufgrund der jahreszeitlich bedingten Energiezufuhr (Lufttemperatur) der Wasserkörper der Talsperre innerhalb von wenigen Tagen erwärmt.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt des Vorhabens war die adäquate Erfassung und Berücksichtigung der räumlich dreidimensionalen Verhältnisse in einer Talsperre. Gegenüber bestehenden Modellkonzepten, die oft nur eine räumliche Zweiteilung der Wassersäule vornehmen, ist hier ein differenzierteres System geschaffen worden mit folgenden Eigenschaften:

1. Hohe Auflösung aller Variablen in der Vertikalen mit mindestens 50 Schichten,
2. Auflösung des Tag-Nacht-Gangs durch stündliche meteorologische Antriebsdaten,
3. Verwendung von Antriebsdaten, die direkt oder indirekt mit Hilfe eines mesoskaligen meteorologischen Modells ermittelt wurden, dem die reale Geländeform der Talsperrenumgebung zu Grunde liegt.

In der Abbildung "Geschwindigkeitsverteilung TSS" (zum Vergrößern bitte anklicken) zeigt eine Modellsimulation der horizontalen und vertikalen Geschwindigkeitsverteilung in der TS Saidenbach die Variabilität des Regimes.

Das gekoppelte Modell mit seiner sehr hohen raum-zeitlichen Auflösung hat zu erheblichen Fortschritten in der Analyse der komplexen hydrodynamisch-ökologischen Vorgänge in Talsperren geführt und leistet damit einen Beitrag zu einer verbesserten, modellgestützten Talsperrenbewirtschaftung.

Mögliche Anwendungsfelder (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken) des gekoppelten Modellsystems GETAS zeigen die Bandbreite eines solchen Systems auf.

Ein Informationsblatt (pdf; 647 kB) zum Verbundprojekt gibt eine Übersicht über die Arbeiten im Projekt.

Weitere Literatur: Das Schwerpunktheft Nr. 5/2005 der Zeitschrift WasserWirtschaft präsentiert in mehreren Artikeln Inhalte und Ergebnisse des Projektes.