Das Management von urbanem Regenwasser und die Sicherung der Wasserqualität stellen Kommunen und Umweltexperten vor große Herausforderungen. Innovative Tools sind entscheidend, um effektive Strategien zu entwickeln und umzusetzen. Hier kommt SUSTAIN ins Spiel, ein wegweisendes Entscheidungshilfesystem der EPA, das Fachleute im Regenwassermanagement dabei unterstützt, Pläne für Durchfluss- und Schadstoffkontrollmaßnahmen zum Schutz von Wasserquellen zu entwickeln und Wasserqualitätsziele zu erreichen. Dieses System ermöglicht es Praktikern im Wassereinzugsgebiet und im Regenwassermanagement, optimale Kombinationen von besten Managementpraktiken (BMPs) auf verschiedenen Skalen basierend auf Kosten und Effektivität zu entwickeln, zu bewerten und auszuwählen. Gleichzeitig bietet die intensive Arbeit mit den komplexen Daten des Systems eine hervorragende Gelegenheit, um fundierte Excel-Kenntnisse zu üben und zu vertiefen, da Excel eine zentrale Rolle bei der Nachbearbeitung und Interpretation der Ergebnisse spielt.
Hinweis: Die EPA entwickelt oder unterstützt SUSTAIN nicht mehr aktiv. Es sind keine aktualisierten Versionen geplant.
Software, Kompatibilität und Handbücher
Die Installation von SUSTAIN erfordert ESRIs ArcGIS 9.3 sowie die Spatial Analyst-Erweiterung. Das System benötigt außerdem Microsoft® Excel 2003 oder eine neuere Version, die als Postprozessor für die Analyse und Interpretation der Ergebnisse eingesetzt wird. Für Nutzer, die ihre Fähigkeiten in der Datenaufbereitung und -analyse im Bereich Umweltmanagement verbessern möchten, bietet die Arbeit mit SUSTAIN und Excel eine ideale Plattform, um Excel zu üben und fortgeschrittene Funktionen zur Visualisierung und Berichterstellung zu beherrschen.
| Datum | Beschreibung |
|---|---|
| 06/2014 | SUSTAIN Version 1.2 ohne GIS (zip) (28.34 MB) |
| 06/2014 | SUSTAIN Version 1.2 ArcGIS 9.3 (zip) (75 MB) |
| 06/2014 | SUSTAIN BMP Siting Tool Version 1.2 – ArcGIS 10.1 (zip) (14.31 MB) |
Fähigkeiten des SUSTAIN-Systems
SUSTAIN ist ein mächtiges Werkzeug, das zur hydrologischen Modellierung und zur Modellierung der Wasserqualität in Wassereinzugsgebieten und urbanen Gewässern eingesetzt werden kann. Es sucht nach optimalen Managementlösungen auf verschiedenen Skalen von Wassereinzugsgebieten, um gewünschte Wasserqualitätsziele basierend auf Kosteneffizienz zu erreichen. Das System liefert Antworten auf entscheidende Fragen bei der Planentwicklung:
- Wie effektiv sind BMPs bei der Reduzierung von Abfluss und Schadstoffbelastungen?
- Welche Lösungen sind am kostengünstigsten, um die Ziele für Wasserqualität und -quantität zu erreichen?
- Wo, welche Art und wie groß sollten BMPs sein?
Benutzeroberfläche des SUSTAIN-Systems für integriertes urbanes Regenwassermanagement und Analyse.
SUSTAIN integriert sieben Module in einer gemeinsamen ArcGIS-Plattform, die für ein umfassendes Regenwassermanagement unerlässlich sind:
1. Framework Manager: Dieses Modul dient als Kommandozentrale von SUSTAIN. Es verwaltet den Datenaustausch zwischen den Systemkomponenten, koordiniert externe Eingaben, ruft verschiedene Modellierungskomponenten (z. B. Land, BMP, Transport) auf und stellt Ausgabedaten für den Postprozessor bereit.
2. BMP Siting Tool: Es unterstützt Nutzer bei der Auswahl geeigneter Standorte für gängige strukturelle BMPs, die definierte Standortkriterien erfüllen, wie z. B. Einzugsgebiet, hydrologische Bodengruppe, Tiefe des Grundwasserspiegels, Straßenpuffer, Gewässerpuffer und Gebäudepuffer.
BMPs werden in SUSTAIN nach Skala und Typ klassifiziert und konzeptualisiert. Die skalabasierte Kategorie klassifiziert BMPs nach der Größe des Anwendungsbereichs, z. B. Parzellen-, Gemeinschafts- und Wassereinzugsgebiets-Skala. Die typenbasierte Kategorie klassifiziert BMPs in drei Typen nach ihren geometrischen Eigenschaften:
- Punkt-BMPs fangen den oberirdischen Abfluss an einem bestimmten Ort auf und können eine Kombination aus Rückhaltung, Infiltration, Verdunstung, Sedimentation und Transformation nutzen, um den Abfluss zu steuern und Schadstoffe zu entfernen. Unterstützte Optionen umfassen Biofiltrationsanlagen, Zisternen, Regentonnen, Infiltrationsbecken, Oberflächensandfilter, konstruierte Feuchtgebiete sowie Trocken- und Nassbecken.
- Lineare BMPs sind schmale, lineare Formen neben Bachläufen, die die Filterung von Abflüssen, Nährstoffaufnahme und zusätzliche Vorteile wie Bachbeschattung, Wildtierhabitat und ästhetischen Wert bieten. Unterstützte Optionen umfassen Infiltrationsgräben, begrünte Mulden, Vegetationsfilterstreifen und Nicht-Oberflächensandfilter.
- Flächen-BMPs sind landbasierte Managementpraktiken, die undurchlässige Flächen, Landbedeckung und den Schadstoffeintrag beeinflussen. Unterstützte Optionen umfassen durchlässige Pflasterflächen und Gründächer.
3. Land Simulation Module: Dieses Modul unterstützt den Import extern generierter Zeitreihendaten und berechnet Abfluss- und Schadstofffrachten aus dem Land auf zwei Arten.
4. BMP Simulation Module: Bietet eine prozessbasierte Simulation von Abfluss und Schadstofftransport für eine Vielzahl struktureller BMPs. Sein Design ermöglicht das Hinzufügen neuer BMPs und alternativer Simulationstechniken. Die Hauptprozesse des Moduls umfassen Abflusssteuerung, Infiltration, Evapotranspiration, Schadstofftransport und -entfernung, Pufferstreifen-Abflusssteuerung, Streifen-Sedimentfang und Schadstoffentfernung. Für jeden Prozess gibt es eine Standard-Simulationsmethode. Benutzer können jedoch eine zweite Option wählen, abhängig von den verfügbaren Daten und dem gewünschten Detaillierungsgrad. Zusätzlich zu den Hauptprozessen sind zwei weitere Funktionalitäten enthalten:
- BMP-Kostenabschätzung in SUSTAIN wird in Form von Einheitskosten einzelner Baukomponenten eines BMP ausgedrückt. Die Einheitskosten stammen von Groß- und Einzelhandelsunternehmen, die Rohmaterialien für BMPs liefern, sowie aus verschiedenen Quellen der BMP-Implementierung auf Kreis-, Landes- und Bundesebene. Die Verwendung dieses Einheitskostenansatzes, anstatt der gesamten Massen-BMP-Installation, zielt darauf ab, Unterschiede zu minimieren, die durch Standort- oder lokale Faktoren entstehen. Benutzer haben die Möglichkeit, die eingebauten Daten mit lokal gewonnenen Informationen zu überschreiben.
- Aggregation verteilter BMPs ermöglicht es Benutzern, die Effektivität mehrerer BMPs zu bewerten. Sie repräsentiert die aggregierten Eigenschaften verteilter BMPs. Gleichzeitig reduziert sie den Einrichtungsaufwand für den Benutzer und die Rechenzeit für Simulation und Optimierung. Aggregierte BMPs bewerten Speicher- und Infiltrationseigenschaften mehrerer BMPs gleichzeitig, ohne deren räumliche Verteilung sowie Abfluss- und Schadstoffwege explizit zu berücksichtigen.
5. Conveyance Simulation Module: Führt die Weiterleitung von Abfluss und Schadstoffen durch eine Leitung durch. In SUSTAIN sind Leitungen Rohre oder Kanäle, die Wasser von einem Knotenpunkt zu einem anderen in einem Wassereinzugsgebiets-Leitungsnetzwerk bewegen. Die Querschnittsformen einer Leitung können aus einer Vielzahl von Standard-Offen- und Geschlossen-Geometrien ausgewählt werden. Unregelmäßige natürliche Querschnittsformen werden ebenso unterstützt wie benutzerdefinierte geschlossene Formen. Abfluss- und Schadstoffleitung werden mithilfe von Transportalgorithmen in SWMM5 simuliert. Sedimentleitung verwendet Sedimenttransportalgorithmen in HSPF.
6. BMP Optimization Module: Identifiziert kosteneffektive BMP-Platzierungs- und Auswahlstrategien basierend auf einer vorab festgelegten Liste machbarer Standorte und anwendbarer BMP-Typen und Größenbereiche. Dieses Modul verwendet evolutionäre Optimierungstechniken, um kosteneffektive BMPs zu finden, die benutzerdefinierte Entscheidungskriterien erfüllen. SUSTAIN implementiert zwei Suchalgorithmen: Scatter Search und Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II).
Operationell integriert das Optimierungsmodul einen gestuften Ansatz, der eine Kosteneffizienzbewertung sowohl einzelner als auch mehrerer verschachtelter Wassereinzugsgebiete ermöglicht. Dies hilft, die Anforderungen sowohl regionaler als auch lokaler Anwendungen zu erfüllen. Stufe 1 führt die Optimierungssuche durch, um Kosteneffizienzkurven für jedes Stufe-1-Teileinzugsgebiet zu entwickeln. Stufe 2 verwendet die Lösungen von Stufe 1, um einen neuen Optimierungssuchbereich zu konstruieren und gegebenenfalls das Transportmodul auszuführen, um die kombinierte Kosteneffizienzkurve für das gesamte Stufe-2-Wassereinzugsgebiet zu entwickeln.
7. Postprozessor: Microsoft® Excel dient als zentraler Postprozessor in SUSTAIN für die Analyse und Interpretation von Simulationsergebnissen an mehreren Orten sowie für Szenarien und Parameter von Interesse. Die Simulationsausgaben enthalten stündliche oder unterstündliche Daten, die je nach Simulationsdauer mehrere Jahre umfassen können. Hier bietet sich eine exzellente Möglichkeit, Excel zu üben und fundierte Kenntnisse in der Datenaufbereitung und -analyse zu erwerben.
Der Postprozessor in Excel ermöglicht es Benutzern, Simulationsergebnisse zu bewerten, die stark in ihrer Größe, Dauer, Intensität, Behandlungsvolumen, Dämpfung und Effektivität der Schadstoffentfernung variieren. SUSTAIN erreicht dies durch die Nutzung spezifischer grafischer und tabellarischer Berichte: Sturmereignisklassifikation, Sturmereignis-Viewer, Sturmergebnis-Zusammenfassung und Kosteneffizienzkurven. Um diese komplexen Datenmengen effizient zu verarbeiten, sind fortgeschrittene Excel-Fertigkeiten unerlässlich. Anwender können durch die Arbeit mit diesen Daten Excel üben, indem sie:
- Pivot-Tabellen und -Charts erstellen, um Trends und Muster in den langfristigen Simulationsdaten zu identifizieren.
- Spezialisierte Funktionen (z.B. SUMMEWENN, SVERWEIS, INDIREKT) anwenden, um spezifische Informationen aus den umfangreichen Datensätzen zu extrahieren.
- Bedingte Formatierungen nutzen, um kritische Schwellenwerte oder Leistungskriterien visuell hervorzuheben.
- Makros (VBA) entwickeln, um wiederkehrende Analyseaufgaben zu automatisieren und die Effizienz zu steigern.
- Dynamische Diagramme und Dashboards gestalten, um die komplexen Ergebnisse übersichtlich darzustellen und Entscheidungsträgern zugänglich zu machen.
Diese praktische Anwendung von Excel-Funktionen im Kontext realer Umweltdaten stellt eine unschätzbare Übung dar, um die Kompetenz im Umgang mit der Tabellenkalkulationssoftware auf ein professionelles Niveau zu heben. Es ist eine Gelegenheit, nicht nur die Umwelt zu schützen, sondern auch die eigenen Fähigkeiten in der Datenanalyse zu stärken.
Anwendungen
Verschiedene Praktiker, Kommunen und Wassereinzugsgebietsgruppen auf regionaler und lokaler Ebene können das SUSTAIN-Framework nutzen, um eine Vielzahl von Planungsaufgaben zu bewältigen:
- Entwicklung von Umsetzungsplänen für die Gesamthöchstlast (TMDL).
- Identifizierung von Managementpraktiken zur Erzielung von Schadstoffreduzierungen im Rahmen einer Genehmigung für ein kommunales separates Regenwasserkanalsystem (MS4).
- Bestimmung optimaler grüner Infrastrukturstrategien zur Reduzierung von Volumen und Spitzenabflüssen in kombinierten Abwassersystemen.
- Bewertung der Vorteile der Implementierung verteilter grüner Infrastruktur auf Wasserquantität und -qualität in urbanen Gewässern.
- Entwicklung eines gestuften BMP-Installationsplans unter Verwendung der Kosteneffizienzkurve.
Verwandte Ressourcen
Veröffentlichungen
Zusätzliche Ressourcen
Zusammenfassend bietet das SUSTAIN-System eine umfassende Plattform für ein effektives Regenwassermanagement. Es ist nicht nur ein unverzichtbares Werkzeug für Umweltplaner und Ingenieure, sondern auch eine hervorragende Ressource für alle, die ihre Excel-Fähigkeiten üben und in einem bedeutungsvollen Kontext anwenden möchten. Durch die intensive Arbeit mit den Simulationsdaten im Excel-Postprozessor können Nutzer ihre Kompetenzen in der Datenanalyse, Interpretation und Berichterstattung maßgeblich verbessern. Entdecken Sie die Möglichkeiten von SUSTAIN und nutzen Sie die Chance, Ihre Expertise im Regenwassermanagement und Ihre Excel-Fähigkeiten gleichermaßen zu erweitern.