Ein zunehmend breiteres Einsatzspektrum findet die Datenverarbeitung auch im Umweltschutzbereich. Praktische Anwendungsbeispiele schildern Eberhard Pahlberg* und Wolfhart Gillessen*.
Grundlage für zahlreiche Planungsstudien auf dem Gebiet Umweltschutz ist die topografische Datenbank, die bei der IABG vorliegt und ständig erweitert wird. Sie enthält für das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland Höhen- und Flächennutzungsinformationen in verschiedener Rasterung. Ergänzend sind Informationen über Flüsse und Seen, Straßen und Autobahnen, Bebauung und Bewuchs sowie Bevölkerungsdichte digital gespeichert.
Eine Interpolationssoftware wurde entwickelt, die es gestattet, Geländemodelle mit 18 Millionen Rasterpunkten in einem Rechenlauf zu berechnen und grafisch darzustellen. Aus äquidistanten, also gleich weit entfernten Höhenwerten werden Hangneigungen, Exposition oder Reliefbilder mit Hilfe des Supercomputers Siemens VP 200 berechnet; die Ausgabe kann an dezentralen Arbeitsstationen erfolgen.
Die auf der topografischen Datenbank aufbauenden Anwendungen, wie etwa Ermittlung von Lärmbelästigung, visueller Beeinträchtigung oder Strömungsberechnung für Schadstoffausbreitung sind extrem rechenintensiv. Diese Anwendungsbeispiele werden im folgenden kurz dargestellt.
Die Problematik der visuellen Beeinträchtigung stellt sich nicht nur bei der Planung von Straßen und Verkehrswegen, sondern auch bei Großbaumaßnahmen. So ist die Darstellung eines geplanten Kühlturms samt der Wolke kondensierten Wasserdampfes im Computerbild besonders wichtig für die Untersuchung, wie dieses Bauwerk das Landschaftsbild beeinträchtigen würde. Die Vorgehensweise bei der ökologischen Bewertung soll an einem weiteren Beispiel erläutert werden.
Ökologisch zu bewerten waren 800 Kilometer Vorbehaltsstrecken. Zusätzlich zu den zehn Flächennutzungsklassen der topografischen Karten waren weitere Merkmale, wie Grundwasservorkommen und -ergiebigkeit, Naherholungsgebiete, Bevölkerungsdichte, Biotope sowie Land- und Forstwirtschaft, in die Bewertung einzubringen. Die dazu erforderlichen Daten wurden zunächst digitalisiert und in Rasterdateien abgelegt.
Um hinreichende Genauigkeit der Aussagen über Erosionsgefährdung, Sonnenscheinstunden pro Flächeneinheit (Hangneigung und Exposition), Zerschneidungseffekte und Lärmbelästigung machen zu können, war eine Rasterung der Geländedaten von 25 Metern und feiner erforderlich. Der Datenerfassung kommt in diesem Zusammenhang eine wesentliche Bedeutung zu. Neben der klassischen Digitalisierung werden deshalb auch modernste technische Möglichkeiten genutzt, beispielsweise der Einsatz von Scannern, die Photogrammetrie und die rechnergestützte Auswertung von farbigen Infrarot-Luftaufnahmen und Satellitenbildern.
Der Transport und die Ausbreitung von Schadstoffen werden nicht nur durch die Beschaffenheit des betroffenen Geländes, sondern auch durch das Wetter beeinflußt. Der Grad der Komplexität der hier eingesetzten Modelle ist um mindestens eine Zehnerpotenz höher als bei den bereits erwähnten Anwendungen. Eine enge Zusammenarbeit mit Hochschulen und Forschungseinrichtungen wird gepflegt.
Die IABG führt Strömungsrechnungen zur Schadstoffausbreitung durch. Dabei kommt das dreidimensionale, instationäre Simulationsmodell "Fitnah III" (Flow over Irregular Terrain with Natural and Anthropogenic Heat Sources) zum Einsatz, das auf dem Vektorrechner Siemens VP 200 installiert ist. Das Modell benutzt dabei die Geländeinformationen (Höhe über NN und Art der Flächennutzung) der IABG-Geländedatenbanken. Bei der Simulation werden unter anderem folgende Feldgrößen berechnet: Windvektor, Lufttemperatur und -feuchte, Bodentemperatur und -feuchte sowie Luftschadstoffkonzentrationen. Das Berechnungsgitter besteht im allgemeinen aus mehr als 100 000 Gitterpunkten. Für jeden Gitterpunkt des atmosphärischen Rechengitters müssen bis zu 30 Feldgrößen berechnet werden.
Als Ergebnis entsteht Zahlenmaterial, das sich nur noch interpretieren läßt, wenn es grafisch dargestellt wird. Mit Hilfe von Postprozessoren aus dem FE-Bereich werden die Grafiken generiert und auf Farbmonitoren ausgegeben.
*Eberhard Pahlberg ist Leiter der Abteilung Zentrale Großrechner, Wolfhart Gilessen leitet die Abteilung Geländedatenverarbeitung bei der Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH in Ottobrunn.