% $Id: greater-meas_ext_ind.tex,v 1.4 2004-03-02 15:15:34 silke Exp $
% $Revision: 1.4 $

% TODO: 
% - Parameter-Definition der Standard-Substanzen vervollständigen
% - Auswahl des Bevölkerungsszenarios
% - Literaturangaben
% - Phosphatelimination in Kläranlagen: Behrend fragen, ob so OK

\documentclass[a4paper,oneside]{scrbook}

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% PACKAGE MANAGEMENT
%
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\def\cleanunderscore#1_#2_#3{\expandafter #1\_#2\_#3}
\def\CVS$#1: #2 ${\expandafter\def\csname CVS#1\endcsname{\cleanunderscore#2}}
\CVS$Id: greater-meas_ext_ind.tex,v 1.4 2004-03-02 15:15:34 silke Exp $

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% Document DATE and VERSION
% set these values when releasing a new version

\newcommand{\documentdate}{19. November 2003}
\newcommand{\documentversion}{1.0}
\newcommand{\documentID}{\CVSId}


%----------------------------------------------
% MACRO DEFINITION
%
%   \Fig{figure}{text}  : creates an mbox around 'figure' and
%                         writes 'text' at the bottom with leading
%                         'Fig. section.figno:'.
%                         Example:
%                         \Fig{\epsfxsize30mm \epsffile{x.eps}}{the x}\\
%   \FigNoEntry{}{}     : same as above, no entry in figures list
%
%   \FigCaption{}       : line with figure caption, setting figure
%                         counter and figures list
%

%****************************************************************************
%       Figure makro for graphics continously enumerated.
%

\newcounter{FigCnt}[chapter]
\newcommand{\Fig}[3]%
{
        \refstepcounter{FigCnt}
        \addcontentsline{lof}{figure}%
                {\protect\numberline{\thechapter.\arabic{FigCnt}}{#2}}
        \mbox{#1}
\nopagebreak

        {Fig. \thechapter.\arabic{FigCnt}: #3}
}

\newcommand{\FigNoEntry}[2]%
{
        \refstepcounter{FigCnt}
        \mbox{#1}
\nopagebreak

        {Fig. \thechapter.\arabic{FigCnt}: #2}
}

\newcommand{\FigCaption}[1]%
{
        \refstepcounter{FigCnt}
        \addcontentsline{lof}{figure}%
                {\protect\numberline{\thechapter.\arabic{FigCnt}}{#1}}

        %{Figure \thechapter.\arabic{FigCnt}: #1}
}


\newcommand{\APIMethod}[1]{{\small\tt #1 }}

%
% END MACRO DEFINITION
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% DOCUMENT
\begin{document}


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% HEADER/FOOTER DEFINITION
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%
% END Header/Footer Definition
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{
	\sffamily\bfseries\Large 
% e.g.:
	\huge Einbindung von {GREAT-ER} in das Elbe DSS\\[0.5cm]
	Phase 3\\[4cm]
	\Large Substanzen, Maßnahmen, externe Szenarien und Indikatoren\\
}

% a possible SUBTITLE
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%	\sffamily\bfseries\large 
%    	by Intevation GmbH\\[0.5cm]
%\end{flushleft}

\thispagestyle{empty}

\vfill

{\sffamily\small
	Intevation GmbH\\
	Georgstrasse 4\\
	49074 Osnabrück\\
	Germany\\
	\\
	Datum: \documentdate
}


\newpage

% PAGE 4

\vfill

Diese Dokument wurde erstellt mit \LaTeX{}.

{\scriptsize
\begin{verbatim}
\end{verbatim}
}
\begin{tabbing}
Autorin:--\=hier\kill
Version: \>\documentversion \\
Datum: \>\documentdate\\
Autorin: \>Silke Reimer
\end{tabbing}
\vfill

\begin{center}Copyright (c) 2003 Intevation GmbH.\end{center}

Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2
or any later version published by the Free Software Foundation;
with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts.
A copy of the license is included in the section entitled ``GNU
Free Documentation License''.

\tableofcontents


\chapter{Einführung}

Bei der Integration von GREAT-ER in das Elbe-DSS wurde bisher der
Schwerpunkt auf die technische Anbindung von GREAT-ER an andere Modelle
innerhalb des Elbe-DSS gelegt. In einem weiteren Schritt muss die
Integration von GREAT-ER in die graphische Benutzeroberfläche des Elbe-DSS
erfolgen. 
\\

Ziel des vorliegenden Dokumentes ist es, die dafür notwendigen
Spezifikationen bereit zu stellen, soweit sie zu diesen Zeitpunkt erarbeitet
werden können. Zum einen beinhaltet dies eine Festlegung der
verwendeten Substanzen einschließlich der verwendeten Parameter. Darüber
hinaus sind Angaben zu den Maßnahmen, externen Szenarien und Indikatoren
notwendig. 
\\

Für die Maßnahmen wird  die Benutzerführung innerhalb des Elbe-DSS
erläutert sowie die technische Umsetzung spezifiziert.
\\

Die externen Szenarien spiegeln sich in veränderten Eingabetabellen für das
GREAT-ER Modellsystem wider. Es wird erläutert, welche Veränderungen
vorgenommen werden, auf welche Szenarien dabei Bezug genommen wird und
welche Eingabetabellen betroffen sind.
\\

Die Entwicklung der Indikatoren ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht
abgeschlossen. Ein notwendiger Schritt dafür ist die Diskussion mit den
Endanwendern des Elbe-DSS. Daher werden in diesem Dokument lediglich erste
Vorschläge für Indikatoren gemacht. Die Spezifikation der Umsetzung erfolgt
zu einem späteren Zeitpunkt.
\\

Das vorliegende Dokument nimmt Bezug auf das
Dokument "`Spezifikation GREAT-ER DSS"'. Diese enthält u.a. die
Spezifikation der Eingabe- und Ausgabetabellen für GREAT-ER in der Variante
für das Elbe-DSS.

\chapter{Substanzen}

\section{Integration mehrerer Substanzen}
\label{subsec:substanzintegration}

\subsection{Benutzerführung}

Das Modellsystem GREAT-ER ist dafür konzipiert, innerhalb eines
Modell-Laufs eine Substanz für ein Fließgewässernetz durch zurechnen.
Innerhalb des Elbe-DSS soll jedoch mehr als eine Substanz integriert
werden. Damit wird für jede relevante Substanz eine eigene
GREAT-ER-Simulation notwendig. Es wird allerdings davon ausgegangen, dass
der Benutzer des DSS nicht an den GREAT-ER-Ergebnissen zu allen Substanzen
interessiert ist. Er kann daher über ein Menü auszuwählen, welche
Substanzen gerechnet werden sollen.  

\subsection{Technische Umsetzung}

Für jede Substanz liegt eine eigene Tabelle {\tt substance.dbf}\footnote{Alle
Verweise auf Tabellen für GREAT-ER beziehen sich die Tabellennamen, die in
der greater-dss-model-specification. Ein entsprechendes Dokument ist
zusammen mit der Auslieferung von GREAT-ER in der Version 2 vorgelegt
worden.} vor. Um GREAT-ER mit dieser Substanz zu rechnen, muss der Pfad in
der Konfigurationsdatei {\tt simulini.dbf} auf diese Substanz-Tabelle gesetzt
sein. 

\section{Substanzparameter}

Im folgenden sind die Substanzen aufgeführt, die im Elbe-DSS enthalten sein
werden. Zu jeder Substanz werden die notwendigen Parameter aufgelistet.
Die Angaben für die verwendeten Parameter und deren Werte entstammen für
alle Substanzen außer Phosphor aus \citet{hess:02}. Die für Phosphor
verwendeten Daten entstammen der Publikation von \citet{behrend:99}. Alle
Angaben stellen lediglich eine Übersicht über die verwendeten
Parameterwerte dar. Die genauen Substanzdaten werden in Form einer Datei
{\tt substance.dbf} für jede Substanz ausgeliefert.


\begin{description}
\item[Bor]:

	\begin{tabular}{p{7cm}|p{3cm}}
	{\bf Parameter} & {\bf Wert}\\\hline
	Hintergrundkonzentration & 20 $\mu g/l$\\\hline
	Pro-Kopf-Verbrauch & 59 g/(E*a)\\\hline
	Abbau im Fluss & -- \\\hline
	Emission bei Schmilka & \\\hline
	\end{tabular}
	\newline

\item[EDTA]:

	\begin{tabular}{p{7cm}|p{3cm}}
	{\bf Parameter} & {\bf Wert}\\\hline
	Pro-Kopf-Verbrauch & 6,3 g/(E*a)\\\hline
	Abbau im Fluss & 0,001203 $h^{-1}$ \\\hline
	Direktemission Leuna & 2 t/a\\\hline
	Direktemission Buna & 10 t/a\\\hline
	Emission bei Schmilka & \\\hline
	\end{tabular}

\item[HHCB]:

	\begin{tabular}{p{7cm}|p{3cm}}
	{\bf Parameter} & {\bf Wert}\\\hline
	molare Masse & 258,4 g/mol \\\hline
	log KOW & 5,9 \\\hline
	Wasserlöslichkeit & 1,75 mg/L \\\hline
	Dampfdruck & 0,073 Pa \\\hline
	KAW & 0,0044 \\\hline
	Pro-Kopf-Verbrauch & 4,015 g/(E*a)\\\hline
	Elimination in Belebtschlammanlagen & 92 \% \\\hline
	Elimination in Tropfkörperanlagen & 83 \% \\\hline
	Berechnungsmode & 3 \\\hline
	Emission bei Schmilka & \\\hline
	\end{tabular}
\item[Diclophenac]:

	\begin{tabular}{p{7cm}|p{3cm}}
	{\bf Parameter} & {\bf Wert}\\\hline
	verabreichte Menge & 0,74 g/(E*a) \\\hline
	Kläranlagenzulauf nach Ternes (= PKV) & 0,124 g/(E*a) \\\hline
	Kläranlagenzulauf nach Rönnefahrt et al. & 0,400 g/(E*a) \\\hline
	Abbau im Fluss & -- \\\hline
	oberflächennahe Photolyse & 0,5 $h^{-1}$ \\\hline
	Berechnungsmode & 3 \\\hline
	Emission bei Schmilka & \\\hline
	\end{tabular}
\item[Paracetamol]:

	\begin{tabular}{p{7cm}|p{3cm}}
	{\bf Parameter} & {\bf Wert}\\\hline
	verabreichte Menge & 1,75 g/(E*a) \\\hline
	Kläranlagenzulauf nach Ternes & 1,76 g/(E*a) \\\hline
	Abbau im Fluss & 0,0525 $h^{-1}$ \\\hline
	Emission bei Schmilka & \\\hline
	\end{tabular}
	\vfill

\item[Ammonium]:

	\begin{tabular}{p{7cm}|p{3cm}}
	{\bf Parameter} & {\bf Wert}\\\hline
	Pro-Kopf-Verbrauch & 2,4 kg NH$_4$-N/(E*a)\\\hline
	Elimination in Belebtschlammanlagen & 95 \% \\\hline
	Elimination in Tropfkörperanlagen & 10 \% \\\hline
	Abbau im Fluss & 0,00361 $h^{-1}$ \\\hline
	Direktemission Leuna & 218750 kg/a\\\hline
	Direktemission Buna & 56250 kg/a\\\hline
	Emission bei Schmilka & 2300 t/a\\\hline
	\end{tabular}

\item[Phosphor]:

	\begin{tabular}{p{7cm}|p{3cm}}
	{\bf Parameter} & {\bf Wert}\\\hline
	Pro-Kopf-Verbrauch & 1,80 g/(E*a)\\\hline
	Elimination in Belebtschlammanlagen & 70 \% (?)\\\hline
	Elimination in Tropfkörperanlagen & 65 \% (?)\\\hline
	Elimination durch Phosphatanlage & 90 \% \\\hline
	Abbau im Fluss & 0,00361 $h^{-1}$ \\\hline
	\end{tabular}

\end{description}

\chapter{Maßnahmen}

\section{Kommunale Abwasserreinigung}

\subsection{Benutzerführung}
\label{subsec:wwtp_nutzer}

Der Nutzer wählt zunächst einen Satz an Kläranlagen aus, für die er die
Maßnahme anwenden möchte. Dies kann über folgende Mechanismen geschehen:

\begin{enumerate}
\item Anklicken einer Kläranlage über die Karte. Mit dieser Möglichkeit
wird nur eine einzige Kläranlage ausgewählt.
\item Auswahl über angeschlossene Bevölkerung. Der Nutzer gibt ein, wie
groß die angeschlossene Bevölkerung mindestens sein muss, damit die
Kläranlage ausgewählt wird.
\item Auswahl über Administrationseinheit. Diese Variante wird erst nach
dem ersten Prototypen zur Verfügung gestellt.
\end{enumerate}

Nach Auswahl der Kläranlagen wird dem Nutzer ein Fenster zur Verfügung
gestellt, mit der er die Abbaurate für jede Substanz prozentual erhöhen
kann. Diese prozentuale Änderung wird auf jede der ausgewählten Kläranlagen
angewandt. Eine Ausnahme hiervon bildet Phosphor: Anstatt die prozentuale
Erhöhung der Abbaurate anzugeben, kann der Nutzer auswählen, ob für die
betroffenen Kläranlagen eine Phosphat-Eliminationsanlage besteht oder
nicht. 
\\

Für jede Substanz wird der aktuelle prozentuale Abbau als Richtwert
angegeben. Sind mehrere Kläranlagen angegeben, so wird der Richtwert als
Mittelwert aus allen Abbauleistungen aller betroffenen Kläranlagen
bestimmt.

\subsection{Technische Umsetzung}

\subsubsection{Bestimmung der aktuellen Werte}

\begin{description}

\item[POP]: Die an eine Kläranlage angeschlossene Bevölkerung ergibt sich
aus dem Parameter POP in den Tabellen {\tt local\_disch.dbf} und {\tt
disch.dbf}. Liegt ein Eintrag in \linebreak {\tt local\_disch.dbf} vor, dann ist dies
der relevante Wert, ansonsten wird der Wert aus der Datei {\tt disch.dbf}
verwendet.
\item[R\_WTTP]:
Die aktuelle Abbauleistung einer Kläranlage R\_WWTP in Bezug auf eine
Substanz bestimmt sich nach dem Kläranlagentyp:

\begin{tabbing}
RACTIVATEDSLUDGE and more \= \kill
R\_PRIMARY \> wenn WWTPTYPE = 1\\
R\_ACTIVATED\_SLUDGE \> wenn WWTPTYPE = 2\\
R\_TRICKLING\_FILTER \> wenn WWTPTYPE = 3\\
\end{tabbing}

Die Parameter sind in folgenden Tabellen definiert:

\begin{tabular}{lp{9cm}}

R\_PRIMARY & {\tt substance.dbf} \\
R\_ACTIVATED\_SLUDGE & {\tt substance.dbf} \\
R\_TRICKLING\_FILTER & {\tt substance.dbf} \\
WWTPTYPE & {\tt dischclass.dbf}, wobei\newline ID/{\tt dischclass.dbf} = CLASS\_ID/{\tt disch.dbf}\\
\end{tabular}

Liegt ein Eintrag in der Tabelle {\tt local\_disch.dbf} vor, dann ist der dort
eingetragene Wert für R\_WWTP die aktuelle Abbauleistung der Kläranlage.
\end{description}

\subsubsection{Eintragen der neuen Werte}

Die vom Benutzer eingegebenen prozentualen Änderungen (proc\_change) werden
verwendet, um einen neuen Wert für R\_WWTP zu berechnen:

\begin{eqnarray}
R\_WWTP^* &=& (1 + proc\_change) \cdot R\_WWTP_{akt}\\
R\_WWTP &= &
\begin{cases}
	R_{min} & R\_WWTP^* < R_{min}\\
	R\_WWTP^* & R_{min} < R\_WWTP^* < R_{max}\\
	R_{max} & R\_WWTP^* > R_{max}
\end{cases}
\end{eqnarray} 


wobei R\_WWTP$_{akt}$ die aktuelle Abbauleistung der Kläranlage ist, die wie
unter Abschnitt \ref{subsec:wwtp_nutzer} angegeben berechnet wird.
$R_{min}$ und $R_{max}$ sind eine obere und untere Schranke für die
Abbauleistung der Kläranlage bzgl. einer bestimmten Substanz. Innerhalb des
ersten Prototypen sind diese Schranken auf $R_{min} = 0$ und $R_{max} = 1$
für alle Substanzen festgelegt. 
\\

Eine andere Berechnungsmethode wird für Phosphor angewandt:
Liegt bereits ein Eintrag in der Tabelle {\tt local\_disch.dbf} vor, dann
wird kein weiterer Eintrag vorgenommen. Anderenfalls wird R\_WWTP wie folgt
berechnet:

\[
R\_WWTP = 0.9
\]

Dies ist die Abbauleistung einer Kläranlage mit Phosphateliminationsstufe,
wie sie in \citet{behrend:99} angegeben wird.
\\

Für jede Kläranlage, die einen neuen Wert für R\_WWTP erhält, wird ein
Eintrag in der Datei {\tt local\_disch.dbf} vorgenommen.  Alle übrigen
Attributwerte direkt aus der Tabelle \linebreak {\tt disch.dbf} übernommen.

%\section{Wasserüberleitung}
%
%\begin{tabbing}
%Langbezeichnung and more \= \kill
%{\bf Parameter} \> \\
%{\bf Tabelle}	\>\\
%{\bf Langbezeichnung} \> \\
%{\bf Einstellungen} \> \\
%\end{tabbing}
%
%Wird im ersten Prototypen nicht implementiert.
%
%\section{Wasserentnahme}
%
%\begin{tabbing}
%Langbezeichnung and more \= \kill
%{\bf Parameter} \> \\
%{\bf Tabelle}	\>\\
%{\bf Langbezeichnung} \> \\
%{\bf Einstellungen} \> \\
%\end{tabbing}
%
%Wird im ersten Prototypen nicht implementiert.


\chapter{Externe Szenarien}

\section{Sozioökonomische Veränderungen}

\subsection{Bevölkerung}

\subsubsection{Anforderungen für GREAT-ER}

Durch die Veränderung der Bevölkerungsgröße wird in GREAT-ER die Höhe der
Einleitungen eines Stoffes in die Kläranlage beeinflusst. Diese ergibt sich
als das Produkt aus der angeschlossenen Bevölkerung und dem
Substanz-spezifischen Pro-Kopf-Verbrauch.  Es ist nicht zu erwarten, dass
Bevölkerungsszenarien für jede einzelne Kläranlage vorliegen. Es hat sich
vielmehr herausgestellt, dass Bevölkerungsszenarien nur für sehr
großräumige Gebiete (Gesamtdeutschland oder alte/neue Bundesländer, s. u.)
vorliegen. 
\\

Um die für GREAT-ER notwendigen angeschlossenen Bevölkerung pro Kläranlage
zu ermitteln, wird aus diesen Szenarien abgeleitet, um wie viel Prozent
sich die Bevölkerung für ein bestimmtes Szenario verändert. Diese
prozentualen Veränderungen werden dann auf die angeschlossene Bevölkerung
jeder Kläranlage angewandt. Daraus ergeben sich die veränderten
Eingangsdaten für GREAT-ER.  Betroffen ist hiervon der Parameter POP in der
Tabelle {\tt disch.dbf}. 

\subsubsection{Vorhandene Szenarien}
\label{subsubsec:pop-szen}

Langfristige Bevölkerungsenwicklungs-Szenarien (nachfolgend auch mit dem
Begriff Bevölkerungsszenarien bezeichnet) mit einer möglichst hohen
Auflösung, wie sie für die Verwendung für GREAT-ER wünschenswert wären,
konnten trotz intensiver Recherche nicht gefunden werden. Die vorhanden
Szenarien bieten Zahlen über die Bevölkerungsentwicklung in den nächsten 10
bis 50 Jahren lediglich auf gesamtdeutscher Auflösung oder in einer
Genauigkeit, die unterscheidet zwischen alten und neuen Bundesländern. Im
folgenden werden einige der Szenarien-Grundlagen näher vorgestellt:

\begin{description}
\item[DESTATIS]: Die Bevölkerungsszenarien des Statistischen Bundesamtes
von 2003 \citep{poetzsch:03} bilden die "`10. koordinierte
Bevölkerungsberechnung"'. Die Berechnungen gehen bis zum Jahr 2050 und
wurden insbesondere mit dem Ziel durchgeführt, "`die Veränderungen in der
Größe und -- vor allem -- im Altersaufbau der Bevölkerung Deutschlands unter
aus heutiger Sicht realistischen Annahmen zu
quantifizieren."'\citep{poetzsch:03}. Die Untersuchung unterscheidet 9
verschiedene Szenarien die in Hinsicht auf die Annahmen über
Geburtenhäufigkeit, Lebenserwartung und Außenwanderungen variieren. In der
Variante 1 (niedrige Lebenserwartung, niedriger Wanderungssaldo von
mindestens 100.000) ergibt
sich  eine Verringerung der Bevölkerung von 82,52 Mio.
Einwohner im Jahr 2002 auf 67,05 Mio Einwohner im Jahr 2050, d.h. eine
Reduktion auf ca. 81 \% der Ausgangsgröße. In der Variante 9 (hohe
Lebenserwartung, hoher Wanderungssaldo von mindestens 300.000) steigt die
Bevölkerung zunächst leicht von 82,52 Mio.
Einwohner (2002) auf 84,17 Mio. Einwohner (2024) an, um danach wieder zu
fallen, bis sie unter der Eingangsgröße bei 81,25 Mio. Einwohner im Jahr
2050 bleibt. Damit steigt die Bevölkerung maximal um knapp 2\% an.
\item[DIW]
Auch das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung führt Untersuchungen
zur langfristigen Bevölkerungsentwicklung in Deutschland durch. In zwei
Varianten, die von \citet{schulz:99} vorgestellt werden, wird die
Bevölkerungsentwicklung in Gesamtdeutschland von 1998 bis 2050
prognostiziert. Auch in dieser Untersuchung liegt der Schwerpunkt auf der
Betrachtung der Altersstruktur.  Die Ergebnisse zeigen, dass die
Bevölkerung in der Variante A (Moderate Zunahme der Lebenserwartung) bis
zum Jahr 2050 auf 73 \% bzw. 82 \% des Ausgangswertes von 1996 sinken, je
nach dem welche Zuwanderungsraten angenommen werden.  Etwas weniger
drastisch fällt die Variante B aus, aber auch hier zeigt sich eindeutig
eine eindeutige Reduktion der Bevölkerung auf 80 bzw.  87 \%.
\item[DIW -- regional]
Neben der gesamtdeutschen Studie hat das
Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung weniger langfristige
Szenarien gerechnet, deren Ergebnisses zwischen der Entwicklung der
Bevölkerung in den alten und in den neuen Bundesländern unterscheiden
\citep{gornig:98}. Auch in dieser Untersuchung zeigen sich die gleichen
Tendenzen wie in den oben vorgestellten. Eine wesentliche Differenz
zwischen alten und neuen Bundesländern lässt sich nicht ausmachen. Ein
Nachteil dieser Untersuchung ist, dass die Ergebnisse lediglich bis zum
Jahre 2010 reichen.
\item[GLOWA 2]
Innerhalb des Projektes GLOWA2 gibt es Bemühungen das Modell REGE des DIW
auf kleinere geographische Einheiten zu kalibrieren und Szenarien für die
Jahre 2010 und 2020 zu entwickeln. Allerdings ist fraglich, ob die Arbeiten
an dem Projekt weit genug voran geschritten sind, um in das Elbe-DSS
integriert zu werden.
\end{description}

\subsubsection{Veränderung des Durchflusses}

Mit der Veränderung der angeschlossenen Bevölkerung ändert sich auch der
Wasserfluss aus der Kläranlage. Um die Größenordnung dieser Veränderung im
Elbe-Einzugsgebiet abzuschätzen, ist folgende Untersuchung durchgeführt
worden:
\\

Für alle Kläranlagen wurde aus der Größe der angeschlossenen Bevölkerung
und der Höhe der Abwassermenge pro Einwohner und Jahr ermittelt, wie hoch
die aktuelle Abwassermenge einer Kläranlage ist. Diese wurde
in Verhältnis gesetzt zum Durchfluss durch den Flussabschnitt, an den die
Kläranlage angeschlossen ist. Diese Daten wurden mit
descr\_stats\footnote{{\tt
http://www.inrialpes.fr/planete/people/roca/descr\_stats/descr\_stats.html}}
analysiert.  Das Ergebnis dieser Analyse stellt sich wie folgt dar:
\newpage
\begin{verbatim}
	------------------------------------------------------
	nb of samples = 1711
	mean = 0.075986
	median = 0.003345
	variance = 0.486398
	standard deviation = 0.697423
	range = 19.933986 	 min = 0.000000  max = 19.933986
	confidence interval around mean 0.075986:
		90: +/- 0.075986
		95: +/- 0.111577
		99: +/- 1.064875
	confidence interval around median 0.003345:
		90: +/- 0.054180
		95: +/- 0.184218
		99: +/- 1.137517
	------------------------------------------------------
\end{verbatim}

Im Durchschnitt ist die Beeinflussung des Durchflusses eines 
Flussabschnittes durch die Abwassermenge einer Kläranlage also
relativ gering, nämlich 7,60 \%. Insbesondere vor dem Hintergrund,
dass es darum geht, Bevölkerungsveränderungen zu betrachten, die sich
laut statistischen Bundesamt in den nächsten 20 bis 30 Jahren auf nicht
einmal 10 \% belaufen dürften, ist dies ein geringer Anteil.
\\

Allerdings zeigt der Maximalwert von 19,934, dass es doch zum Teil einen
erheblichen Einfluss der Kläranlage auf den Durchfluss eines Flussabschnitt
gibt.  Insgesamt haben ist für 19 Kläranlagen das Verhältnis zwischen
Abwassermenge der Kläranlage und Durchfluss durch den angeschlossenen
Flussabschnitt größer als 1. Für diese Kläranlagen ist also die
Abwassermenge aus der Kläranlage größer als der Durchfluss durch den
Flussabschnitt. 
\\

Es stellt sich nun die Frage, wie in Bezug auf das Elbe-DSS mit dieser
Tatsache umgegangen werden soll. Dazu sollte beachtet werden, dass in dem
zur Zeit für das Elbe-Catchment kalibrierten GREAT-ER die Abwassermengen
aus den Kläranlagen keinen Einfluss auf die Bestimmung der Durchflüsse
haben. Grundlage für die Berechnung des Durchflusses durch einen
Flussabschnitt ist ein statistischer Zusammenhang aus der akkumulierten
Flusslänge und des Durchflusses durch einen Flussabschnitt. Auch die
bisherigen Durchflüsse bieten also keine Möglichkeit, auf veränderte
Abwassermengen aus den Kläranlagen zu reagieren. 
\\

Die Veränderung der Abwassermengen durch eine Veränderung der
angeschlossenen Bevölkerung an eine Kläranlage wird daher für das Elbe-DSS
nicht berücksichtigt. Allerdings wird empfohlen, einen entsprechenden
Vermerk in die Bibliotheksfunktion des Elbe-DSS aufzunehmen.

%\subsection{Konsumverhalten}
%
%\begin{tabbing}
%Langbezeichnung and more \= \kill
%{\bf Parameter} \> CONSUMPTN\\
%{\bf Tabelle}	\> {\tt emission.dbf}\\
%{\bf Langbezeichnung} \> Konsum pro Kopf und Jahr\\
%{\bf Einstellungen} \> ??\\
%\end{tabbing}

\chapter{Indikatoren}

\section{Verringerung von Stoffeinträgen}

In der WRRL \citep{wrrl:00} heißt es:
\begin{quotation}
die Mitgliedstaaten führen gemäß Artikel 16 Absätze 1 und 8 die notwendigen
Maßnahmen durch mit dem Ziel, die Verschmutzung durch prioritäre Stoffe
schrittweise zu reduzieren und die Einleitungen, Emissionen und Verluste
prioritärer gefährlicher Stoffe zu beenden oder schrittweise einzustellen;
\end{quotation}

Das heißt, dass die Emissionen von Schadstoffen im Prinzip auf Null
herunter gefahren werden sollen. Als Maß für das Erreichen dieses
Entwicklungszieles werden folgende Indikatoren vorgeschlagen:

\begin{enumerate}
\item Gesamtemission in das Fließgewässernetz. Damit ist die Summe aus
allen diffusen Einträgen sowie aus allen Einträgen durch punktuelle Quellen
gemeint. Grundlage dafür sind zum einen die Ergebnisse aus Moneris 
(sofern sie vorhanden sind) sowie das Ergebnis der GREAT-ER-Berechnungen im
Kläranlagen-Modell. Das Ergebnis ist die Stoff-spezifische durchschnittliche
Emission pro Jahr [kg/a] in das Fließgewässer. 
\item Emission in das Fließgewässer pro Kläranlage. Für jede Kläranlage
wird die Emission getrennt betrachtet. Die Ergebnisse werden in einer Karte
visualisiert. Die Werte werden klassifiziert und die Kläranlagen je nach
Klassen-Zugehörigkeit eingefärbt. Mit der Maus können die Werte
einzelner Kläranlagen visualisiert werden.
\item Durchschnittliche Konzentration der punktuellen Emissionen in das
Fließgewässernetz. Vorgeschlagen wird, das Konzept des PEC$_{initial}$
\citep{boeije:00} zu verwenden, um diesen Kennwert zu berechnen.
\item Konzentration der Emission pro Kläranlage.
\end{enumerate}

Alle vorgeschlagenen Kenngrößen beziehen sich jeweils auf eine Substanz, so
dass für jede im Elbe-DSS integrierte Substanz jeweils ein Kennwert
berechnet werden muss.

\section{Verringerung von Stofffrachten in die Nordsee}

Als Indikator für die Verringerung von Stoff-Frachten in die Nordsee werden
folgende zwei Kenngrößen vorgeschlagen:

\begin{enumerate}
\item Stoff-Fracht in [kg/a] an der Mündung des Fließgewässernetzes.
\item Stoff-Konzentration in [kg/m$^3$] an der Mündung des
Fließgewässernetzes.
\end{enumerate}

Beide Kenngrößen beziehen sich jeweils auf eine Substanz, so dass für jede
im Elbe-DSS integrierte Substanz ein Kennwert berechnet werden muss. 
\\

Man beachte außerdem, dass die Mündung des in GREAT-ER betrachteten
Fließgewässernetzes nicht mit der Mündung in die Nordsee identisch ist. Die
Flussabschnitte unterhalb von Geesthacht wurden in GREAT-ER aufgrund der
Tide-Beeinflussung nicht berücksichtigt.  Die tatsächliche Stoff-Fracht
bzw. Stoff-Konzentration der Einleitung in die Nordsee weicht daher
möglicherweise von den präsentierten Kenngrößen ab.

\section{Guter chemischer Zustand}

Der gute chemische Zustand eines Gewässers ist definiert als 
\begin{quotation}
"`der chemische Zustand, der zur Erreichung der Umweltziele für
Oberflächengewässer [...]
%gemäß Artikel 4 Absatz 1 Buchstabe a) 
erforderlich ist, d.h. der chemische Zustand, den ein
Oberflächenwasserkörper erreicht hat, in dem kein Schadstoff in einer
höheren Konzentration als den Umweltqualitätsnormen verkommt, die in [...]
%Anhang IX und gemäß Artikel 16 Absatz 7 oder in anderen 
einschlägigen Rechtsvorschriften der Gemeinschaft
über Umweltqualtitätsnormen auf Gemeinschaftsebene festgelegt sind,"'
\citep{wrrl:00}
\end{quotation}

Die Definition baut also darauf auf, dass zu allen betrachteten Substanzen
die betrachtete Konzentration in Verhältnis gesetzt wird zu einem gegebenen
Grenzwert.
\\

Zwei Herausforderungen ergeben sich für das Elbe-DSS in Bezug auf die
Entwicklung eines geeigneten Indikators:
\begin{enumerate}
\item Er sollte nach Möglichkeit einen Wert liefern, der die Ergebnisse
im gesamten Einzugsgebiet zusammen fasst.
\item Er muss berücksichtigen, dass nicht nur eine, sondern
viele verschiedene Substanzen für das Elbe-DSS gerechnet werden können,
aber nicht bei jedem Simulationslauf tatsächlich alle betrachtet werden (s.
dazu Abschnitt \ref{subsec:substanzintegration}).
\end{enumerate}


\subsection{Substanz-spezifische Indikatoren}

Folgende Indikatoren werden als Maß für eine Abweichung vom guten
chemischen Zustand in Bezug auf eine Substanz vorgeschlagen. Für einige
Indikatoren wird dabei angenommen, dass eine Umweltqualitätsnorm für die
Substanz vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so müssen ein entsprechender
Richtwert entwickelt werden.
\begin{enumerate}
\item Als erster Anhaltspunkt dient das Verhältnis von PEC$_{catchment}$
\citep{boeije:00}
zur Umweltqualitätsnorm des entsprechenden Stoffes.
Der PEC$_{catchment}$ stellt eine gewichtete
Summierung der einzelnen Konzentrationen der Flussabschnitte dar, wobei die
Gewichtung so gewählt wird, dass unterschiedliche Auflösungen des
Flussnetzwerkes sich nicht auf das Ergebnis auswirken.
\item Der Anteil den die Gesamtlänge aller Flussstücke, deren Konzentration
über der Umweltqualitätsnorm liegt, an der Gesamtlänge des Flussnetzwerkes
hat. Liegt in allen alle Flussabschnitte die Konzentration unter der
Umweltqualitätsnorm, dann beträgt dieses Maß 0, ist in keinem
Flussabschnitt  das Umweltziel erreicht, dann beträgt das Maß 1. Nachteil:
Dieses Maß erfasst nicht die Höhe der Abweichungen vom guten chemischen
Zustand. \label{enum:lengthproportion}
\item Nach Länge gewichtete Durchschnittskonzentration aller Stretche, die
nicht in einem guten chemischen Zustand sind. Für eine bessere
Vergleichbarkeit von einzelnen Substanzen muss dieser Wert noch durch die
Umweltqualitätsnorm geteilt werden. Der Wert zeigt dann an, um wie viel
Prozent die Flussabschnitte, die sich nicht in einem guten chemischen
Zustand befinden, von der Umweltqualitätsnorm abweichen. Man beachte, dass
diese Maß nur in Verbindung mit dem im Punkt \ref{enum:lengthproportion}
vorgeschlagenen Maß zusammen vernünftig interpretierbar ist.
\end{enumerate}

\renewcommand{\documentID}{\CVSId}

%%%% Literatur %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\addcontentsline{toc}{chapter}{Literaturverzeichnis}    % in den Inhalt
\bibliographystyle{literatur/gernatbib}
\bibliography{literatur/literatur}


\begin{appendix}

\include{gnufdl}

\end{appendix}

\label{theverylastpage}
\end{document}



