MoRE-Toolbox

Hintergrund

Vermehrte Einträge von Nähr- und Schadstoffen belasten die Oberflächengewässer und verhindern u.a. die Einhaltung der in der Wasserrahmenrichtlinie bzw. der Oberflächengewässerverordnung festgelegten Umweltqualitätsnormen. Zur Reduktion der stofflichen Belastung in Gewässern sind Kenntnisse über relevante Quellen und Eintragspfade entscheidend. In Zusammenarbeit mit dem KIT und dem Umweltbundesamt haben wir Modellierungsergebnisse zu Stoffeinträgen in Gewässer in einer WebGIS-Anwendung (stoffeintraege-more.de) verfügbar gemacht. Die Daten wurden mithilfe des Modellinstruments MoRE (Modeling of Regionalized Emissions) regionalisiert und pfadspezifisch unter Federführung des KIT modelliert.

In der vorliegenden Webanwendung finden sich unter anderem bundesweite Informationen zum mittleren jährlichen Bodenabtrag durch Wasser (abgeleitet auf Grundlage der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung (ABAG)), den sich daraus ableitenden Sedimenteintrag in Gewässer und den Eintrag von partikelgebundenem Phosphor. Darüber hinaus werden für Phosphor alle relevanten Eintragspfade abgebildet. Der Transport von Feststoffen und somit auch von partikelgebundenem Phosphor in die Gewässer ist erosions- und somit ereignisgesteuert. Bundesweit werden empirische bzw. stochastische Ansätze zur Simulation des Feststofftransports in Verbindung mit möglichst hoch aufgelösten Boden-, Klima-, Landnutzungs- und Neigungsdaten unter Einsatz des Modells MoRE genutzt. Der hier zugängliche Modellauf von MoRE-DE repräsentiert den Bewirtschaftungszeitraum von ca. 2016 bis 2018.

Herausforderung

Die Herausforderung bestand darin, die Stoffeinträge in Gewässer auf verschiedenen Raumebenen genau zu bilanzieren. Zudem war es erforderlich, vergleichende Aussagen zwischen verschiedenen Szenarienrechnungen treffen zu können. Ein weiterer wichtiger Aspekt war die transparente Darstellung der Modellierung für alle Projektbeteiligten, inklusive der Ausgangsdaten, Zwischenergebnisse und Endresultate.

Lösung

Containerisierung (Docker)
Python-Framework Django
Klassenbasiertes JavaScript
Releasemanagement mit OpenProject und GitHub

Umsetzung

Bei der Umsetzung des Projekts wurde auf bereits vorhandene Module des VisDat WebGIS zurückgegriffen, darunter Karte, Statistik und Export. Diese Module wurden entsprechend den spezifischen Anforderungen des Projekts angepasst. Somit wird den Nutzern eine fundierte Analyse und Entscheidungsfindung im Rahmen des Gewässerschutzes ermöglicht, was letztlich zur Einhaltung der Umweltqualitätsnormen beiträgt.

Im Rahmen der Datenintegration wurde die Vorverarbeitung der Eingangsdaten für das WebGIS modernisiert. Die großen Datenmengen, die bei einer bundesweiten Betrachtung im 10m-Raster anfallen, wurden in leistungsfähige spaltenorientierte Datenformate überführt und über automatisierte ETL-Prozesse verarbeitet. Dies hat zu erheblichen Verbesserungen bei den Verarbeitungszeiten geführt.

Für die Anwendung wurden erstmals automatisierte End-Point-Tests basierend auf dem Workflow-Managementsystem Apache Airflow eingeführt. Diese Tests geben Auskunft über die Korrektheit des Produktivsystems und den hinterlegten Daten, indem sie automatisch die Endpunkte der Anwendung prüfen und sicherstellen, dass alle Funktionen ordnungsgemäß arbeiten. Sie bieten eine zuverlässige Möglichkeit, um potenzielle Fehler oder Inkonsistenzen frühzeitig zu identifizieren und die Qualität der Anwendung kontinuierlich zu gewährleisten.

Der Nutzen

Das Webportal dient der Entscheidungsunterstützung, insbesondere bei der Lokalisierung von Maßnahmen im Sinne des Gewässerschutzes. Es macht die Ergebnisse der bundesweiten MoRE-DE-Modellierung öffentlich zugänglich und strebt eine hohe Transparenz durch den Vergleich der Ergebnisse mit anderen Modellen an. Die Daten sind für zahlreiche einzugsgebietsbezogene und administrative Bezugsräume verfügbar. Nutzer können die Daten visualisieren (Kartentool), statistisch auswerten (Statistiktool) und exportieren.

Alle Ergebnisse, die in der Projektgruppe erzeugt werden, können durch die automatisierten Prozessabläufe im Webportal zur Visualisierung, Analyse und Regionalisierung einfach veröffentlicht werden. Eine Fortschreibung der Webanwendung durch Integration zukünftig vorliegender Modelle bzw. Modellläufe erfolgt fortlaufend. Ergebnisse einer bundesweiten Modellierung der Bodenerosionsgefährdung durch Wind gemäß DIN 19706: 2013-02 wurden bereits integriert. Weiterhin sind die Ergebnisse eines Projektes zur Bewertung der Erheblichkeit von Bodenabträgen für die Gefahrenabwehr schädlicher Bodenveränderungen sowie eine Zusammenstellung von aus der BÜK200 abgeleiteten Bodenkennwerten für die Wasserhaushaltsmodellierung verfügbar.