FREEWAT
FREEWAT (FREE and open source software tools for WATer resource management) ist ein EU HORIZON 2020 Projekt mit dem Ziel die Anwendung von wasserbezogenen EU Richtlinien durch eine Open Source, Public Domain und GIS integrierte Lösung zur Planung und zum Management von Oberflächen– und Grundwasserressourcen in einem Mitbestimmungsprozess zu fördern. Die FREEWAT Platform ist ein umfangreiches QGIS (https://www.qgis.org/de) Plugin, das es erlaubt die Vorzüge der GIS Werkzeuge zur Datenaufbereitung und räumlichen Datenanalyse mit denen der prozessbasierten Simulationsmodelle zu verbinden. Als solches umfasst die FREEWAT Plattform verschiedene Simulationscodes, basierend auf dem hydrologischen Kreislauf, hydrochemischen oder ökonomisch-sozialen Prozessen. Ein– und Ausgabedaten werden durch ein SpatiaLite Datenbanksystem gemanaged. Die Software wird kontinuierlich durch das Projektkonsortium weiter entwickelt und gepflegt.
Die FREEWAT Plattform ist ausgerichtet für Wasserbehörden und öffentliche oder private Unternehmen um informationsreiche und dynamisch wachsende Darstellungen von hydrologischen Systemen zu erstellen. Entscheidungsträger können von der Nutzung profitieren um wissenschaftlich und technisch fundierte Beschlüsse und Entscheidungen in einem Mitbestimmungsansatz durch die Einbeziehung von Interessenvertretern (z.B. bei der Formierung von Flussgebiets Managament Plänen, wie von der EU-Wasser Rahmenrichtlinie gefordert) nicht erst im finalen Stadium der Ergebnisdiskussion, sondern auch in der Phase der Definition von Szenarien zu erlangen.
Der GDfB hat im Projekt FREEWAT eine Fallstudie zur Berechnung von Auswirkungen prognostizierter Klimaveränderungen auf das Grundwasser in Bremerhaven erstellt. Zudem werden vom GDfB Schulungen zur Anwendung des im Projekt entwickelten QGIS-Plugins durchgeführt.
Einsatzmöglichkeiten
Die FREEWAT Plattform beinhaltet die folgenden Module zur Datenvorverarbeitung und Modellumsetzung.
AkvaGIS bietet verschiedene Datenaufbereitungswerkzeuge zur Analyse und Interpretation von hydrochemischen und hydrogeologischen Daten. Die Möglichkeiten des AkvaGIS Moduls reichen von Grafiken und Statistiken der hydrochemischen Daten zur Qualitätsbewertung von Grundwasser bis zur Interpretation von hydrogeologischen Daten und der Erstellung von Themenkarten zur Einbindung in Konzeptmodelle.
Observation Analysis Tool (OAT) ist ein Datenaufbereitungswerkzeug, das dem Nutzer erweiterte Möglichkeiten bietet um Zeitreihen zu bearbeiten in Anbetracht zunehmender Einrichtung von diffusen, online und real-time Messnetzwerken. OAT ist darauf ausgelegt den Import, die Auswertung und Visualisierung von Daten Zeitreihen zu erleichtern und diese Daten unterstützend in der Modellerstellung und fortgeschrittenen Kalibrierung zu verwenden.
Die Simulation der Grundwasserströmung im Aquifer kann mit Hilfe von MODFLOW-2005, einem anerkannten und weit verbreiteten vom US Geological Survey entwickeltem Modellcode, der die Grundwasserdynamik in der gesättigten und ungesättigten Zone simuliert, durchgeführt werden. Grundwasserfluss in Verbindung mit Brunnen, flächiger Grundwasserneubildung, Evapotranspiration, Dränagen, Seen und Flussläufen kann mit Hilfe spezifischer MODFLOW Pakete simuliert werden.
In FREEWAT, kann das Strömungsmodell mit einem Transportmodell gekoppelt werden, um den advektiven und dispersiven Transport mehrerer Spezies in der gesättigten und ungesättigten Zone mit Hilfe von MT3DMS zu berechnen. Durch die Einbindung von SEAWAT besteht ebenfalls die Möglichkeit viskositäts- und dichteabhängige Strömung zu simulieren. Dies ist insbesondere relevant um den Prozess der Salzwasserintrusion zu betrachten oder den Einfluss von Geothermieanlagen geringer oder mittlerer Enthalpie zu untersuchen.
Nachhaltiges Wassermanagement wird durch den in MODFLOW-OWHM (One-Water Hydrologic Flow Model; die aktuellste Version der USGS-MODFLOW Familie) integrierten Farm Process abgebildet. Der Farm Process erlaubt die dynamische Simulation vom Bedarf einzelner Wasserverbrauchseinheiten. Das Angebot wird bedarfsgesteuert und durch die Verfügbarkeit beschränkt berechnet. Somit erstellt man ein vollständig gekoppeltes integriertes Modell zur Abschätzung der jeweils verfügbaren Wassermenge gemeinsam genutzter Oberflächen oder Grundwasserressourcen dessen Fokus im Wassermanagement ländlicher, insbesondere arider Regionen liegt.
Das Modul zur Sensitivitätsanalyse und Modellkalibrierung basiert auf UCODE_2014 und zielt auf eine verbesserte Modellanpassung durch reduzierte Differenzen zwischen Modell– und Messdaten von Grundwasserständen und –flüssen. Hierfür können verschiedene Statistiken genutzt warden um den Modellaufbau auszuwerten Parameter auszuwählen, die über eine inverse Regressionsmethode auf Basis der Evaluation einer Zielfunktion angepasst werden.
