Der flächendeckende Ausbau der Kläranlagen in Deutschland hat in den letzten Jahrzehnten zu einer deutlichen Verbesserung der Gewässerqualität geführt. Dennoch ist der ökologische Zustand vieler Gewässer immer noch unbefriedigend. Einen negativen Einfluss auf den Gewässerzustand haben Stoßbelastungen aus Mischwassereinleitungen, die empfindliche aquatische Ökosysteme aufgrund von hydraulischem Stress und stofflichen Belastungen nachhaltig schädigen können. Diese Arbeit liefert einen Beitrag dazu, wie hoch aufgelöste Online-Messdaten zur Optimierung des Kanalnetzbetriebs genutzt werden können. Hierfür wurden zwei reale Regenüberlaufbecken (RÜB) im Mischsystem in Süddeutschland für zwei Jahre mit Online-Spektrometersonden zur Erfassung von Äquivalenzkonzentrationen von abfiltrierbaren Stoffen (AFS), chemischem Sauerstoffbedarf (CSB, gesamt und gelöst) und Nitrat ausgestattet. Zusätzlich wurden hydrometrische Messdaten an den RÜB vom Betreiber des Entwässerungssystems bereitgestellt. Den ersten Teil der Arbeit bilden Fracht- und Volumenauswertungen der Einstauereignisse an den beiden RÜB. Die Untersuchungen sollen zum besseren Verständnis der stoffspezifischen und hydraulischen Vorgänge im Mischsystem beitragen. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Verbesserung des Kanalnetzbetriebes unter direkter Verwendung von Messdaten erprobt. Für diese messdatenbasierte Simulation werden gemessene Ganglinien von Abflussmenge und Feststoffkonzentration direkt als Systeminput eines Transportmodells verwendet. Anhand dieses Modells werden verschiedene Kanalnetzbewirtschaftungsstrategien untersucht. Die folgenden Erkenntnisse lassen sich anhand der durchgeführten Auswertungen ableiten: Eine Vorhersage der Spülstoßintensitäten anhand der Charakteristiken der Trockenphasen vor den Ereignissen oder der Eigenschaften der Niederschlagsereignisse selbst ist im Untersuchungsgebiet nicht möglich. Eine konstante Akkumulation der Schmutzstoffe auf der Gebietsoberfläche, wie sie in gängigen Qualitätsmodellen angesetzt wird, ist in den Untersuchungsgebieten ebenso wenig vorhanden. Somit kann die Abflussqualität im Untersuchungsgebiet nicht zuverlässig simuliert werden. Betriebsentscheidungen, die auf Basis von Schmutzfrachtmodellen getroffen werden, sind demnach höchst unsicher. Die in dieser Arbeit neu vorgestellte messdatenbasierte Simulation umgeht diese Unsicherheiten und ersetzt sie durch die Messunsicherheiten selbst. Sie kann die Effizienz verschiedener Bewirtschaftungsstrategien, wie die Verwendung statisch optimierter Drosselabflüsse oder die dynamische Echtzeit-Steuerung von Speicherräumen, zuverlässig bewerten. Eine Dauer der zugrunde liegenden Messdatenzeitreihe von etwa vier Monaten mit mittlerer Niederschlagscharakteristik und etwa 10 Niederschlagsereignissen ist im untersuchten fiktiven System ausreichend für verlässliche Ergebnisse der messdatenbasierten Simulation. In komplexeren Gebieten kann der Datenbedarf höher sein. Die Methodik liefert unter Berücksichtigung der üblichen Messunsicherheiten robuste Ergebnisse.

Der vorliegende Band 6 der Schriftenreihe Wasser Infrastruktur Ressourcen ist als Festschrift der Verabschiedung von Prof. Dr.-Ing. Theo G. Schmitt gewidmet. Theo Schmitt wird im April 2019 nach über 26 Jahren als aktiver Professor an der TU Kaiserslautern in den Ruhestand treten. Er trat im Oktober 1992 als Nachfolger von Karlheinz Jacobitz die Leitung des Fachgebietes Siedlungswasserwirtschaft an der damaligen Universität Kaiserslautern - heute TU Kaiserslautern - an. Theo Schmitts persönliche Schwerpunkte liegen im Bereich der Siedlungsentwässerung, er lässt sich mitnichten darauf reduzieren. Seine Arbeiten sind geprägt durch die Überzeugung, dass siedlungswasserwirtschaftliche Handlungsstrategien und Lösungskonzepte in die Zukunft gerichtet ‚Wandel und Ungewissheit‘ bedenken müssen. Daraus resultiert u. a. seine große Offenheit gegenüber neuen Herausforderungen und interdisziplinärer Vernetzung von Wissen und Sichtweisen. Schon früh hat das Fachgebiet beispielsweise mit der Technomathematik, der Elektrotechnik und der Informatik im Bereich der künstlichen Intelligenz fachübergreifend zusammen gearbeitet. Die Verzahnung von Ingenieur- und Naturwissenschaften hat häufig unmittelbar über seine MitarbeiterInnen am Fachgebiet stattgefunden. Dadurch ist eine große Breite an bearbeiteten Themen entstanden, die weite Bereiche der Siedlungswasserwirtschaft umfassen, von hydraulischen und stofflichen Fragestellungen zu urbanen Regenwasserabflüssen über den Systemwandel in der Abwasserentsorgung bis hin zu innovativen Verfahren der Abwasserreinigung und Kläranlagen als Regelbaustein der Energiewende. Die insgesamt 14 Beiträge dieser Festschrift belegen diese Vielfalt, die sich insbesondere auch durch den Stil der Offenheit und Vielfältigkeit, mit der Theo Schmitt das Fachgebiet geleitet hat, entwickeln konnte. Drei Generationen von SiedlungswasserwirtschaftlerInnen, angefangen bei Theo Schmitts Doktorvater Prof. Hermann H. Hahn, bis hin zu ehemaligen Doktorkindern und deren MitarbeiterInnen tragen mit ihren persönlichen Themen zur Festschrift bei. Hermann H. Hahn blickt mit dem Abstand des vor Jahren emeritierten Professors kritisch auf die aktuellen Entwicklungen in der siedlungswasserwirtschaftlichen Forschung. Die weiteren Beiträge promovierter Doktorkinder zeigen die enorme thematische Breite aktueller und abgeschlossener Forschungsprojekte und Doktorarbeiten, die Theo Schmitt initiiert und begleitet hat. Der etwas ungewöhnlich anmutende Titel dieser Festschrift ‚From K-Town to KOSMOS‘ spielt zum einen auf die von ihm entwickelte Software zur Kontinuierlichen Schmutzfrachtmodellierung (KOSMO) an, die mit seinen modelltechnischen Ansätzen (u. a. hydrodynamischer Simulationskern, Schmutzstoffakkumulation- und Abtrag) seiner Zeit und kommerziellen Lösungen weit voraus war und die ihn bis heute zu dem deutschlandweit gefragten und geschätzten Spezialisten und Problemlöser auf diesem Gebiet macht. Zum anderen hebt der Titel darauf ab, dass Theo Schmitts Expertise in der Siedlungswasserwirtschaft von der TU Kaiserslautern aus nach außen wirkt. Seine von ‚K-Town‘ ausgehenden Arbeiten haben wegweisende Fachbeiträge für Deutschland geliefert und insbesondere das nationale Regelwerk weiter entwickelt. Dies sind hohe Verdienste, die die DWA durch die Verleihung der Max-Prüß-Medaille im Oktober 2018 gewürdigt hat. Seine stets auch auf die globalen Problemstellungen gerichtete Sicht, beispielsweise zum Umgang mit den Folgen des Klimawandels, rechtfertigt schließlich die Erweiterung des Wortspiels zu ‚KOSMOS‘.

Eine Anpassung von Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungssystemen im ländlichen Raum kann aufgrund vielfältiger Herausforderungen wie demografischen, siedlungsstrukturellen und klimatischen Veränderungen erforderlich werden. Im Zuge dessen können auch die Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz der bestehenden Systeme gesteigert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist die Ableitung von Handlungsempfehlungen zur Unterstützung der notwendigen Anpassungsprozesse der Abwasserentsorgung ländlicher Gemeinden. Dazu werden verschiedene Transformationspfade für Abwassersysteme aufgezeigt und analysiert. In dieser Arbeit wird ein softwaregestütztes Entscheidungs- und Optimierungssystem angewendet und evaluiert, dass optimale Anpassungsmöglichkeiten aufgezeigt. Das gemischt-ganzzahlige lineare Optimierungsmodell berechnet für jede Gemeinde in Abhängigkeit von dem ausgewählten Szenario und vorgegebenen Zielen den optimalen Transformationspfad mit seiner zeitlichen und räumlichen Umsetzung. In den Szenarien werden zukünftige Entwicklungen der Bevölkerung, der Siedlungsstruktur, des Wasserbedarfs, der Kosten technischer Anlagen und des Klimawandels berücksichtigt. Die Zielfunktion bildet sich aus der gewichteten Summe ökonomischer, ökologischer und sozialer Bewertungskriterien. Die beispielhafte Anwendung des Modells erfolgt für zwei repräsentative ländliche Modellkommunen in Rheinland-Pfalz. Durch eine detaillierte Auswertung und Evaluierung von ausgewählten Kombinationen von Szenarien und Bewertungskriterien kann das Spektrum an möglichen Transformationspfaden von der Erhaltung des zentralen Systems bis hin zu dezentralen und ressourcenorientierten Systemen aufgezeigt werden. Sensitivitätsbetrachtungen zeigen, dass die Auswahl und Gewichtung der Bewertungskriterien und die lokalen Randbedingungen der Gemeinde einen größeren Einfluss auf die resultierende Transformationspfade haben als die Auswahl der Szenarien. Der Zustand des Entwässerungssystems wie der Anteil alter Kanäle, ein großer Anteil Mischsystem, große Durchmesser und eine große Kanallänge pro Einwohner sowie eine niedrige Siedlungsdichte fördern dezentrale Strukturen und sind geeignete Voraussetzungen für einen Systemwechsel. Bei der Priorisierung der Ziele Flexibilität, Wasserbilanz und Wasserrecycling wird die Dezentralisierung eines Systems mit Kleinkläranlagen favorisiert. Ein ressourcenorientiertes System mit einer Grau- und Schwarzwassertrennung ist nur zukünftig vorteilhaft, wenn die Ziele Wasserrecycling, Nährstoffrecycling und/oder Energieeffizienz priorisiert werden. Wenn ein Systemwechsel vollzogen werden soll, müssen auch die Auswirkungen auf die Wasserversorgung und Abwasserreinigung untersucht werden. Es kann gezeigt werden, dass bei einer abnehmenden Bevölkerung dezentrale und ressourcenorientierte Systeme im ländlichen Raum eine Alternative darstellen. Zur Begleitung von Transformationsprozessen ist die Verwendung einer adäquaten Methodik zum Aufzeigen von verschiedenen Systemalternativen (z.B. mathematische Optimierung) zielführend.

Der vorliegende Tagungsband erscheint als Band 1 der neuen Schriftenreihe Wasser Infrastruktur Ressourcen, in der die Fachgebiete Siedlungswasserwirtschaft und Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung der TU Kaiserslautern künftig ihre wissenschaftlichen Aktivitäten und Ergebnisse gemeinsam publizieren werden. Für den Start dieser Schriftenreihe erscheint die Sammlung der Beiträge zur Gemeinschaftstagung aqua urbanica trifft RegenwasserTage bestens geeignet. Die Fachbeiträge beleuchten mit Regenwasser in urbanen Räumen ein Themenfeld, das seit mehr als 25 Jahren im Fokus der Forschungsaktivitäten des Herausgebers steht und ein zentrales Element der beiden in diesem Jahr zusammengeführten Tagungen seit vielen Jahren darstellt. Die Regenwassertage finden 2018 zum 17. Mal statt. Die aqua urbanica wird seit 2011 von den sechs siedlungswasserwirtschaftlichen Schwesterinstitutionen der eawag-ETH Zürich, der Hochschule für Technik Rapperswil, der TU Graz, der Universität Innsbruck, der Universität Stuttgart und der TU Kaiserslautern in Kooperation mit den nationalen Organisationen DWA, ÖWAV und VSA veranstaltet. Die Gemeinschaftstagung widmet sich dem verantwortungsvollen Umgang mit Regenwasser als zentraler Baustein zur Sicherstellung leistungsfähiger kommunaler Entwässerungssysteme. Mit der Fokussierung auf Regenwasser in urbanen Räumen soll den besonderen Herausforderungen Rechnung getragen werden, die aus dem zukunftsgerechten Umgang mit Regenwasser in Siedlungsgebieten erwachsen. Die kommunale Überflutungsvorsorge als Starkregenrisikomanagement, der Schutz der Gewässer vor Belastungen aus Regenwetterabflüssen und der Erhalt des lokalen Wasserhaushalts erfordern eine interdisziplinäre, kooperative Bearbeitung. Sie müssen mit ihren Zielkonflikten auch im Lichte großer Ungewissheiten zukünftiger Entwicklungen bearbeitet werden. Das gilt in besonderem Maße für die in den letzten Jahren beobachtete Häufung extremer Niederschlagsereignisse als mögliche Folge des Klimawandels. Zur Sicherstellung des durch die EN 752 europaweit vorgegebenen Überflutungsschutzes in urbanen Räumen braucht es ein leistungsfähiges Entwässerungssystem, das von mehreren Generationen geschaffen wurde und das es auch weiterhin zu erhalten und zu optimieren gilt. Die genannten Anliegen sind gleichermaßen Themen mit hoher Wertigkeit sowohl bei den umwelt- und kommunalpolitisch Verantwortlichen als auch in der öffentlichen Wahrnehmung. In Verbindung mit den Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie und dem dort verankerten Verschlechterungsverbot für den Zustand der Gewässer gilt es, die oberirdischen Gewässer und das Grundwasser soweit möglich vor Stoffeinträgen durch Regenwetterabflüsse zu schützen. Nach Möglichkeit sollte nur noch nicht behandlungsbedürftiges oder entsprechend vorgereinigtes Regenwasser eingeleitet bzw. zur Versickerung gebracht werden. Dafür kommen innerhalb der bisher eher zentral ausgerichteten Entwässerungskonzepte zunehmend auch intelligente dezentrale und möglichst naturnahe Maßnahmen zum Einsatz. Das sich daraus ergebende Spannungsfeld soll im Rahmen der Tagung möglichst breit betrachtet und diskutiert werden. Mit den Themenschwerpunkten • Ansätze für ein zukunftsfähiges Starkregenrisikomanagement • Lösungsansätze für eine wassersensible Stadtentwicklung • Bewertung der Gewässerbelastungen durch Regenwetterabflüsse • Methoden und Anlagen der Regenwasserbehandlung bietet die Gemeinschaftstagung aqua urbanica trifft RegenwasserTage interessierten Teilnehmern aus Behörden, Kommunen und Verbänden, Hochschulen und Ingenieurbüros einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen und den derzeitigen Stand im Umgang mit Regenwasser. Dabei werden Herausforderungen für die moderne Siedlungsentwässerung aufgegriffen und Erfahrungen aus geplanten und realisierten Projekten vorgestellt und diskutiert. Damit soll auch der Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis gefördert und verstärkt werden.

Die Zusammenarbeit von Menschen in Projekten ist geprägt von ihren persönlichen Erfahrungen und Interessen im jeweiligen Umfeld. Dieses Umfeld − nennen wir es hier „System“ − hat wiederum eigene Interessen und befindet sich in einem erweiterten Umfeld. Dieses Systemumfeld kann bis zum Erreichen des Universums ausgedehnt werden. Die Notwendigkeit in großen Bauvorhaben, mit der Komplexität umgehen zu können, setzt die Kenntnisse der Zusammenhänge und den Willen zum systemorientierten Handeln voraus. In einem Bauprojekt ist eine endliche Menge von handelnden Personen mit ihren jeweiligen Rollen, Aufgaben und Abhängigkeiten in den sie umgebenden Systemen (Organisationen) vorhanden. Im Wesentlichen werden die Hauptfunktionen in Projekten durch Bauherr, Planer und der ausführenden Firma dargestellt. Eine besondere Rolle kommt hier dem Bauherrn bzw. seinen Erfüllungsgehilfen im Projektmanagement zu. Projektmanager haben als einzige die Chance, von Anfang bis Ende den gesamten Projektlebenszyklus zu erleben. Als Teil ihrer Aufgaben kümmern sie sich um die Zieldefinitionen für Organisation, Qualitäten und Quantitäten, Termine, Kosten und rechtliche Rahmenbedingungen und steuern die durch die Bauherren beauftragten Planer und ausführenden Firmen. Die heute bei großen Bauvorhaben vorkommenden „fungierenden Bauherren“ und die „öffentlichen Bauherren“ bestehen aus Bauherrenorganisationen mit einer Vielzahl von Akteuren. Hieraus erwächst die Notwendigkeit, die zahlreichen Beteiligten mit ihren verschiedenen Organisationen in Bezug auf die verschieden gelagerte Interessenlage zu koordinieren und zielorientiert zu führen. Durch die notwendige Integration der weiteren Systemkreise von Planern und ausführenden Firmen entstehen neue, zusätzliche Steuerungsaufgaben, und die Komplexität des Projektes steigt in Dimensionen, die ohne systemorientierten Ansatz nur schwer zu durchschauen und somit kaum noch zu bewältigen ist. Zur Klärung der Fragen, welche Gestalt die Komplexität in großen Bauvorhaben annehmen und wie ein Projektmanager mit diesen Herausforderungen umgehen kann, zielte die Arbeit auf die Erforschung der Grundlagen von Komplexität und die Analyse ihrer Auswirkungen auf das Bauprojektmanagement. Das entstandene Modell basiert auf zwölf charakterisierenden Eigenschaften komplexer adaptiver Systeme und bildet hieraus fünf Merkmale für den systemischen Aufbau und Ablauf von Bauvorhaben. Berücksichtigt wird, wie die Elemente und Teilsysteme zueinander stehen, und obwohl sie unterschiedliche Charakteristika bzw. Zustände aufweisen können, dennoch ein gemeinsames Verhalten erzeugen und eine Identität zum Umfeld herausbilden können. Hierzu sind neben Struktur und Veränderungen in einem komplexen System auch die Wahrnehmungen und das Verhalten der Beteiligten sowie die Umwelt eines Projektes maßgebend. Im Rahmen einer Expertenbefragung mit vierzig standardisierten Interviews, die mit Vertretern der drei Systemkreise Bauherr, Planer und ausführende Firma geführt wurden, konnte im ersten Schritt das Wissen über Komplexität und die Zusammenhänge zum Baumanagement herausgearbeitet werden. Diese Erkenntnisse wurden ergänzt um die Analyse verschiedener Bewertungsschemata und auf dieser Basis zehn Indikatoren herausgebildet, die sich in fünf Subsystemen eines Bauvorhabens darstellen. Jeder Indikator wurde in Bezug auf die fünf Merkmale der Komplexität in Bauvorhaben untersucht, und Teilaspekte wurden zur Bewertung herangezogen. Es erfolgt eine relative Bewertung mit einer Einstufung von 1 bis 5 (sehr geringe bis sehr hohe Komplexität). Das Modell liefert im Ergebnis Komplexitätsgrade der einzelnen Indikatoren, der Merkmale und letztlich des gesamten Bauvorhabens. Eine anwendungsorientierte Fallstudie mit anschließenden Optimierungsansätzen und darauf aufbauenden Präventionsvorschlägen verifizieren den Modellansatz. In der vorliegenden Arbeit konnte dargestellt werden, wie die unzureichende Wahrnehmung von Komplexität im Bereich des Projektmanagements, gerade zu Beginn eines Projektes, die Steuerung eines Projektes erschweren und Störungen im Projekt zur Folge haben. Das Ergebnis kann das Projektmanagement bei der Erfüllung seiner komplexen Aufgaben unterstützen und Entscheidungshilfen zur Prävention leisten. Die Modellierung erfolgt unter dem Bewusstsein, dass die getroffene Auswahl den Stand der Forschung darstellt, ohne jedoch einen Anspruch auf Vollständigkeit oder Unveränderlichkeit zu erheben. Weiteren Forschungsvorhaben im Aufgabenfeld des Projektmanagements können die beschriebenen Ansätze dienlich sein, um ergänzende Ansätze zu einem besseren Umgang mit Baumaßnahmen zu finden.