Überwachung der Wassermenge und -qualität zur Anpassung an den Klimawandel

Wichtige Erkenntnisse

Über die Region

Klimabedrohungen

Der Klimawandel wirkt sich stark auf das Schwarze Meer aus und verursacht Küstenerosion und Überschwemmungen aufgrund steigender Meeresspiegel und Temperaturen. Diese Veränderungen stören die marinen Ökosysteme, verändern die Artenverteilung und -häufigkeit und führen gleichzeitig zu Ozeanversauerung und Sauerstoffmangel. Höhere Temperaturen erleichtern die Ausbreitung invasiver Arten, schädigen die heimischen Ökosysteme und reduzieren die CO2-Absorption. Darüber hinaus haben extreme Wetterereignisse wie die starken Stürme in der Türkei im August 2021 die Küstenökosysteme und die Infrastruktur schwer beschädigt.  Die katastrophalen Überschwemmungen aufgrund einer Reihe schwerer Gewitter forderten 97 Menschenleben und verursachten weit verbreitete Zerstörungen, einschließlich des Einsturzes von Gebäuden und Brücken.

Der Klimawandel und seine direkten und indirekten Folgen sind hier. Wir müssen unsere Denkweise umstrukturieren und wie wir mit den Auswirkungen des Klimawandels umgehen, was einen multidisziplinären regionalen Ansatz erfordert. Wir müssen die Menschen davon überzeugen, dass die derzeitigen Praktiken nicht nachhaltig sind.

Nicolaos Theodossiou, Koordinator von ARSINOE CS6

Ein partizipativer Ansatz für die internationale Anpassung an den Klimawandel

Regionale Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel

Bulgarien – Naturreservat

In Bulgarien konzentriert sich das ARSINOE-Projekt auf das Ropotamo-Reservat, ein streng geschütztes Ökosystem mit begrenztem Zugang für Menschen. Zur Beurteilung des Flusseinzugsgebiets führte das Team unbemannte fahrzeugbasierte Erhebungen und Geodatenanalysen unter Verwendung nationaler und internationaler Datensätze durch. Sie enthielten Klimaprojektionen für RCP4.5 und RCP8.5, was moderate und höchste Emissionsszenarien bedeutet. Basierend auf diesen Erkenntnissen identifizierte das Team potenzielle Sensorstandorte innerhalb der Reserve. In der Zwischenzeit leitete ein ausgewählter Innovator ein separates Überwachungsprogramm außerhalb des Reservats entlang des Flusses Ropotamo ein und führte an drei wichtigen Standorten eine Echtzeitüberwachung der Wasserqualität durch:

• Eine Referenzstelle im Oberlauf,
• eine Siedlungsanlage vor dem Reservat zur Messung der menschlichen Auswirkungen auf das Gebiet,
• Ein Unterlauf in der Nähe der Mündung, um die Selbstreinigungskapazität des Flusses zu bewerten, bevor er das Schwarze Meer erreicht.

Mitte September 2024 installierte das Projektteam den ersten Sensorsatz und errichtete einen Demonstratorstandort, der die notwendige Infrastruktur für die Echtzeitüberwachung der Wasserqualität integriert. Mit diesen Sensoren wurden wichtige Parameter wie Nitrate, pH-Wert und Temperatur gemessen.

Während der gesamten Implementierung sammelte das Team jeden Monat Wasserproben und analysierte sie in einem Labor mit Standardmethoden zur Kalibrierung, Validierung und Verifizierung von Sensordaten. Diese Analyse umfasste wichtige Wasserqualitätsindikatoren, einschließlich Chlorophyll und Blaualgen. Zusätzliche Labortests maßen den Nährstoffgehalt, während sich Vor-Ort-Tests auf pH-Wert und Temperatur konzentrierten, kritische Faktoren für die Bewertung der Klimaauswirkungen.
Die
Überwachung wurde bis Ende Juni 2025 fortgesetzt, um die Fähigkeit der Reserve zur Selbstreinigung – ihre natürliche Fähigkeit, sich unter verschiedenen saisonalen Bedingungen selbst zu reinigen – gründlich zu bewerten. Die abschließende Analyse wird die Wasserqualität vor und nach dem Flussfluss durch das Schutzgebiet vergleichen und wertvolle Erkenntnisse darüber liefern, wie das Reservat menschliche Auswirkungen abmildert und die Widerstandsfähigkeit der Ökosysteme gegenüber dem Klimawandel erhöht.

Die Innovation am Ropotamo River spielt eine direkte Rolle bei der Anpassung an den Klimawandel, indem hochfrequente, standortspezifische Wasserqualitätsdaten bereitgestellt werden, die dazu beitragen, Umweltstressoren im Zusammenhang mit Klimaschwankungen wie erhöhte Temperaturen, Nährstoffbelastungen und Verschmutzungsspitzen zu erkennen. Die Fähigkeit des Systems, diese Veränderungen fast in Echtzeit zu erkennen, ist entscheidend für die Beurteilung, wie Ökosysteme auf chronische und extreme klimabedingte Ereignisse wie Dürren, Hitzewellen oder Überschwemmungen reagieren. Die Identifizierung von Wasserqualitätsmustern über Sensoren unterstützt Frühwarnsysteme und ein adaptives Wassermanagement und hilft den lokalen Behörden, sich auf die Auswirkungen sich verändernder Klimagrundlagen vorzubereiten und diese abzumildern. Durch das Angebot einer kosteneffizienten, fußabdruckarmen Alternative zu herkömmlichen laborlastigen Ansätzen verbessert das System die Widerstandsfähigkeit von Flussökosystemen und stärkt gleichzeitig die wissenschaftliche Grundlage für regionale Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel.

Rumänien – Donaudelta

In Rumänien liegt der Studienstandort im Donaudelta. Der ausgewählte Innovator, ProVerse, hat einen Demonstrator entwickelt, um Herausforderungen bei der Integration von Daten aus verschiedenen Quellen zu bewältigen, darunter Sensoren vor Ort, historische Aufzeichnungen, Satellitendaten und andere relevante Datensätze. Mit Hilfe fortschrittlicher Datenverarbeitungs- und Modellierungstools analysiert und prognostiziert das System Veränderungen der Wasserqualität.

Der Demonstrator enthält vier separate Systeme, die alle auf der ProVerse-Plattform basieren:

1. Eine Datenpipeline zur Aufnahme und Verarbeitung von Zeitreihendaten,
2. Datenbanken zur Langzeitspeicherung der Roh- und Verarbeitungsdaten,
3. Weltstaatsdienst, der Zustandsänderungen im Zeitraffer von Simulationsmodellen ermöglicht,
4. Metaverse-Technologie.

Eine Flussboje schützt die Instrumente vor Naturgefahren und ermöglicht eine zuverlässige Überwachung.

In der ersten Phase richteten das Projektteam und der Innovator eine Datenpipeline ein, um Zeitreihendaten zu empfangen und zu verarbeiten. Sie haben auch Datenbanken mitentwickelt, um sowohl rohe als auch verarbeitete Daten langfristig zu speichern. Darüber hinaus wurden die Wasserqualitätssensoren in den ProVerse-Anlagen gekauft und kalibriert.

Die Metaverse-Plattform ist nun bereit, reale Daten von der Boje zu sammeln. Das Projektteam wird anhand dieser Daten zur Wasserqualität visualisieren, simulieren und analysieren, wie sich der Klimawandel auf die natürliche Biofiltrationskapazität des Donaudeltas auswirkt. Durch die Nutzung der Metaverse-Technologie wird die Plattform die Entwicklung gezielter Anpassungsstrategien unterstützen.

Die Innovation verbessert die Fähigkeit lokaler Interessenträger, Bedrohungen der Wasserqualität zu überwachen und darauf zu reagieren, und trägt so zur Klimaresilienz im Donaudelta bei. Echtzeit-Visualisierungen und Szenario-Prognosen unterstützen die frühere Erkennung von Bedingungen im Zusammenhang mit schädlichen Algenblüten, Salzgehaltssteigerungen oder Nährstoffbelastungen. Dies kann gezieltere Erhaltungsbemühungen und ein besseres Management empfindlicher Ökosysteme unterstützen.

Türkei – Marmara- und Schwarzmeerdelta

In der Türkei wählte das Team die Verbindung zwischen dem Marmarameer und dem Schwarzen Meer sowie den südwestlichen Gewässern des Schwarzen Meeres als Teilfallstudie aus. Die Interessenträger, die diese Region vertreten, ermittelten zentrale Herausforderungen wie Umweltverschmutzung, sinkende Wasserqualität – insbesondere Sauerstoffverlust – und ihre Auswirkungen auf die Fischerei. Um diesen Bedenken Rechnung zu tragen, trugen regelmäßige Schiffsexpeditionen zur Überwachung und Analyse der Parameter der Meerwasserqualität bei.

Das türkische Team nahm auch an der Auswahl eines der ARSINOE-Projektinnovatoren teil, um die Herausforderungen der Meeresverschmutzung am Standort anzugehen. Sie entschieden sich für die Plattform „Smart Monitoring Sensors“ von Polyregnum, die erstmals im Schwarzen Meer eingesetzt wird. Diese Plattform kombiniert intelligente Sensoren mit globalen Wasserqualitätsparametern, um die Luft- und Wasserverschmutzung aus der Ferne zu überwachen und gleichzeitig das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Luft und Meer zu verbessern.

Ausgestattet mit einem KI-gestützten Datenverarbeitungssystem verfolgt die Plattform den Verschmutzungsgrad im Schwarzen Meer, indem sie mehrere Parameter analysiert, darunter Temperatur, Salzgehalt, pH-Wert, Luftfeuchtigkeit und Kohlendioxidgehalt – Schlüsselindikatoren für die globale Erwärmung. Nach Abschluss der Korrosionstests integrierte das Team alle Sensoren in die Plattform, die Anfang April 2025 eingeführt werden sollte.

Die SMS-Plattform verbessert die Anpassung an den Klimawandel im Schwarzen Meer, indem sie wichtige Umweltvariablen und kritische Indikatoren für klimabedingte Veränderungen kontinuierlich überwacht. Ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Luft und Meer und die frühzeitige Erkennung von Anzeichen von Ökosystemstress unterstützen zeitnahe, evidenzbasierte Reaktionen. Die Plattform befähigt auch lokale Behörden und Interessenträger, langfristige Klimatrends zu identifizieren und adaptive Maßnahmen umzusetzen, die die Umweltqualität, die öffentliche Gesundheit und die Widerstandsfähigkeit der Ökosysteme in der Region schützen.

Griechenland – Auf dem Weg zu einer virtuellen Wasserscheide mit Anbindung an das Schwarze Meer

In Griechenland wählte das Forschungsteam den Aliakmon-Fluss – den längsten des Landes – für die Überwachung aus, da er für die Energieerzeugung, die Landwirtschaft und die Wasserversorgung von entscheidender Bedeutung ist. Diese vielfältigen Anforderungen stellen eine komplexe Herausforderung an das Wassermanagement dar. Um dies zu erreichen, installierten die Forscher kostengünstige Sensoren zur Überwachung der Flussdurchflussrate, die die Entwicklung eines digitalen Zwillings ermöglichen, um eine effizientere Wasserbewirtschaftung zu unterstützen.

Der Digital Twin arbeitet täglich daran, wöchentliche Prognosen über den Wasserverbrauch für die Wasserversorgung, Bewässerung und Stromerzeugung zu erstellen. Es unterstützt die Vorhersage des Wasserabflusses aus den Stauseen des Flusses, da es hydrologische, meteorologische und Energieerzeugungsdaten berücksichtigt. Dies hilft Forschern und Behörden, die komplexen Zusammenhänge zwischen verschiedenen Wassernutzungen besser zu verstehen und die Effizienz des Wassermanagements zu verbessern. Die Berücksichtigung aktueller und zukünftiger Klimaszenarien stärkt letztlich die Klimaresilienz.

Untersuchung von vier verschiedenen Sub-Fall-Studien, die konzeptionell lokale und regionale Bedürfnisse mit Schlüsselprozessen verknüpften. Es wendete das Konzept des virtuellen Wassereinzugsgebiets an, um bewährte Verfahren für einen umfassenden Ansatz zur Anpassung an die Meeresquelle im Wassermanagement zu präsentieren.

Zusammenfassung

Weitere Informationen

Kontakt