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SWIP: Langfristige Planung nachhaltiger Wasserinfrastrukturen

 

Beim Planen der Wasserversorgung und der Abwasserentsorgung spielen ökonomische, ökologische und soziale Aspekte eine Rolle. SWIP entwickelte zusammen mit Stakeholdern Entscheidungshilfen für die langfristige Planung von Infrastrukturen für verschiedene Zukunftsszenarien.

Projektbeschrieb (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Wasserinfrastrukturen wie Rohre, Kanalisationen und Klärwerke stellen Wasser für unterschiedliche Zwecke bereit, sorgen für eine sichere Abwasserentsorgung und schützen vor Überflutungen. Allerdings sind sie langlebig, werden immer älter und kosten viel Geld: In den nächsten 40 Jahren sind Investitionen in Höhe von mehr als 80 Milliarden CHF in die öffentliche Wasserinfrastruktur der Schweiz erforderlich.

Die Auswirkungen des Klimawandels und sozioökonomischer Entwicklungen sind ungewiss, beeinflussen die Infrastruktur jedoch in einem hohen Masse. Die gegenwärtige Planung der Schweiz sieht keine systematische Integration künftiger Unwägbarkeiten, von Erfahrungen aus der Vergangenheit und verschiedener Akteure vor. Das Hauptziel von SWIP besteht in einem besseren Planungsverfahren für die Wasserinfrastruktur, bei dem wirtschaftliche, ökologische und soziale Aspekte gleichermassen Berücksichtigung finden.

Methoden

SWIP umfasst die technische Modellierung im Rahmen einer multikriteriellen Entscheidungsanalyse (MCDA = Multi-Criteria Decision Analysis). Der transdisziplinäre Ansatz sah ausserdem die aktive Teilnahme der Akteure in einer Fallstudie in der Nähe von Zürich vor. Die technischen Modelle sagen eine Verschlechterung der Leistung von Wasserversorgungsleitungen und Kanalrohren vorher und quantifizieren die Auswirkungen des Klimawandels auf die Entwässerung in Städten.

SWIP bezieht bewusst verschiedene Quellen von Unsicherheiten mit ein: Spärliche Datenlage, Modelle, Klima, sozioökonomische Entwicklung und Präferenzen der Akteure. Die MCDA fasst die Ergebnisse aller Modelle zusammen und strukturiert die Teilnahme der Akteure. Im Ergebnis können Empfehlungen zu robusten Infrastrukturoptionen abgegeben werden, die für die meisten Akteure in verschiedenen Zukunftsszenarien gut funktionieren.

Resultate

Um den Zustand von Leitungen mit wenig verfügbaren Daten zu schätzen, wurden wahrscheinlichkeitstheoretische Modelle entwickelt. Durch die Berücksichtigung vorheriger Instandsetzungen wird die Wahrscheinlichkeit einer Überschätzung der Lebensdauer minimiert. Für die Modellkalibrierung wurde die Expertise von Experten oder anderen Netzwerken mit den wenigen vorhandenen Daten kombiniert.

Auf der Basis historischer Daten und von zehn Klimaprognosen wurde ein Regenmodell entwickelt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass selbst unter den derzeitigen Klimabedingungen extreme Niederschläge äusserst variabel sind, in der aktuellen Planung aber nicht auftauchen. Die Fallstudie konnte nicht klar zeigen, dass der Klimawandel diese Unsicherheit erhöht; die Ergebnisse müssen jedoch für andere Regionen noch gefestigt werden.

Um zu entscheiden, welche Akteure in die MCDA eingebunden werden, wurde eine Akteur- und soziale Netzwerkanalyse durchgeführt. Dabei wurde eine sehr starke Fragmentierung der Akteure deutlich. Diese war zwischen den Bereichen Wasserversorgung und Abwasserentsorgung sowie der kommunalen, kantonalen und nationalen Ebene besonders ausgeprägt. Für eine längerfristige Nachhaltigkeit und die Erreichung strategischer Zielsetzungen ist eine bessere Einbindung aller Akteure in die Planungsprozesse notwendig.

Innerhalb des Projekts wurden verschiedene Ziele der Akteure benannt und in einer Rangfolge gelistet. Es wurde eine generische Zielhierarchie entwickelt, die auch auf andere Settings übertragbar ist. Diese Zielhierarchie umfasst sechs Fundamentalziele und 40 Attribute (Kennzahlen). Die meisten Akteure hatten ähnliche Präferenzen: "Gute Wasserversorgung", "Sichere Abwasserentsorgung", "Ressourcen- und Gewässerschutz" und "Generationengerechtigkeit" waren die wichtigsten Interessen, während "Tiefe Kosten" und "Soziale Akzeptanz" eine untergeordnete Rolle spielten.

Im Projekt wurden elf mögliche strategische Entscheidungsalternativen (Infrastrukturoptionen) entwickelt. Sie betreffen verschiedene technische Konfigurationen (z. B. zentrale vs. dezentrale Entsorgung), Sanierungsstrategien (z. B. fortlaufend vs. kein Austausch) oder Managementaspekte (z. B. öffentlicher vs. privatisierter Betrieb). Die MCDA sagte ihre Leistung für vier Zukunftsszenarien voraus. Aus diesem Grunde wurden die Prognosen mit den erhobenen Präferenzen der Akteure kombiniert. Das Ergebnis war eine Rangfolge der Alternativen von der besten bis zur schlechtesten. Allerdings gab es nicht die eine leistungsfähigste Alternative für alle Akteure und Szenarien. Dies liegt in unterschiedlichen Präferenzen und grossen Unsicherheiten begründet. Insbesondere das "Boom"-Szenario mit einem starken Bevölkerungswachstum war sehr sensibel. Potenzielle Kompromisslösungen basieren auf dem gegenwärtigen System. Trotzdem sollten das Sanierungsmanagement und die Zusammenarbeit zwischen Gemeinden und Betreibern verbessert werden. Interessant war, dass eine dezentrale High-Tech-Abwasser-Alternative mit Nährstoffrückgewinnung und Elimination von Mikroschadstoffen sehr gute Ergebnisse erzielte. In der Wasserversorgung sind dezentrale Löschwassertanks interessant, weil sie eine Verringerung des Leitungsdurchmessers ermöglichen.

Bedeutung für Forschung und Praxis

SWIP leistet einen wichtigen Beitrag zum quantitativen Wasserinfrastrukturmanagement in der Schweiz:

  • Modellierung des Alterungsverhaltens von Netzinfrastruktur mit begrenzten, nicht repräsentativen Daten
  • Bewertung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Leistung von Entwässerungssystemen
  • Systematische Einbeziehung von Unsicherheit
  • Quantifizierung der künftigen Infrastrukturleistung im Hinblick auf Nachhaltigkeit

Die MCDA verbindet Vorhersagen aus technischen Modellen mit sozialwissenschaftlichen Daten und bietet einen neuen Rahmen für die Wasserinfrastrukturplanung. Das Modell kann an unterschiedliche Settings angepasst werden. Es hilft lokalen Akteuren, verschiedene Perspektiven zu verstehen und unterstützt Ingenieure und Gemeinden beim Übergang von einem problembasierten "Reparieren" zu einem proaktiven und langfristig angelegten Sanierungskonzept. Die Bereitschaft bedeutender Schweizer Akteure zur Teilnahme an SWIP zeugt von einem grossen Interesse an einer Übertragung der Entscheidungsfindung mit einer MCDA in die Praxis.

Originaltitel

Langfristige Planung nachhaltiger Wasserinfrastrukturen (SWIP)

Projektleitung

  • Dr. Judit Lienert, Umweltsozialwissenschaften, Eawag Dübendorf
  • Prof. Dr. Max Maurer, Siedlungswasserwirtschaft, Eawag Dübendorf
  • Prof. Dr. Peter Reichert, Systemanalyse und Modellierung, Eawag Dübendorf