=Paper=
{{Paper
|id=Vol-1781/paper4
|storemode=property
|title=Wasserkörper- und Nährstoffinformationssystem Schleswig-Holstein
|pdfUrl=https://ceur-ws.org/Vol-1781/paper4.pdf
|volume=Vol-1781
|authors=Friedhelm Hosenfeld,Johannes Tiffert,Michael Trepel
|dblpUrl=https://dblp.org/rec/conf/uis/HosenfeldTT16
}}
==Wasserkörper- und Nährstoffinformationssystem Schleswig-Holstein==
https://ceur-ws.org/Vol-1781/paper4.pdf
Beitrag D: Friedhelm Hosenfeld, Johannes Tiffert, Michael Trepel
Wasserkörper- und Nährstoffinformationssystem
Schleswig-Holstein
Friedhelm Hosenfeld
Institut für Digitale Systemanalyse & Landschaftsdiagnose (DigSyLand),
hosenfeld@digsyland.de
Johannes Tiffert
Institut für Digitale Systemanalyse & Landschaftsdiagnose (DigSyLand),
tiffert@digsyland.de
Dr. Michael Trepel
Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume
des Landes Schleswig-Holstein (MELUR-SH)
Michael.Trepel@melur.landsh.de
Abstract
The waterbody and nutrient information system Schleswig-Holstein presents water
monitoring data to the public. The portal was publicly released in March 2016 and offers
a variety of search and evaluation functions. Among others it meets the demands of
interest groups like the farmers’ association for data about nutrient concentrations like
phosphor and nitrogen in ground and surface water bodies in order to recognize the
need for local action. In addition to information about nutrients, reports on water bodies
according to the EC Water Framework Directive (WFD) can be retrieved. The infor-
mation system is based on the presentation and evaluation platform Cadenza Web.
Zusammenfassung
Vorgestellt wird das Wasserkörper- und Nährstoffinformationssystem Schleswig-Hol-
stein, das seit März 2016 online verfügbar ist. Mit diesem Portal werden Monitoring-
Daten der Gewässerüberwachung für die Öffentlichkeit mit komfortablen Recherche-
55
und Auswertungsfunktionen bereitgestellt. Unter anderem erfüllt das System damit die
Nachfrage von Interessengruppen wie etwa dem Bauernverband nach Daten über
Nährstoffkonzentrationen wie Phosphor und Stickstoff in Grundwasser- und Oberflä-
chenwasserkörpern, um Notwendigkeiten für lokalen Handlungsbedarf erkennen zu
können. Zusätzlich werden Informationen zu Wasserkörpern gemäß der EG-Wasser-
rahmenrichtlinie (WRRL) präsentiert.
Als technische Basis dient die Auswertungsplattform Disy CadenzaWeb im neuen Re-
chenzentrum RZ² des zentralen Landes-IT-Dienstleisters Dataport.
1 Überblick
1.1 Motivation und Grundlagen
Das Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume des
Landes Schleswig-Holstein (MELUR-SH) konzipierte gemeinsam mit dem Landesamt
für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume (LLUR-SH) einen benutzer-
freundlichen Zugang, mit dem Ergebnisse der Gewässerüberwachung im Internet
bereitgestellt werden können.
Zudem äußerte der Bauernverband im Rahmen der Allianz für den Gewässerschutz
den Wunsch, Daten zu den Nährstoffen (z.B. Phosphor und Stickstoff) in den
Gewässern einfacher als bisher einsehen zu können. Insbesondere sollte lokal
erkennbar sein, wo ein Handlungsbedarf zur Verringerung der Nährstoffeinträge
besteht.
Die folgenden Themen sollten im Wasserkörper- und Nährstoffinformationssystem
angeboten werden:
Daten zu Nährstoffkonzentrationen und Nährstofffrachten, die an den
Messstellen in Schleswig-Holstein erhoben werden.
Steckbriefe mit Angaben gemäß den Vorgaben der EG-Wasserrahmenrichtlinie
(WRRL) für die einzelnen Wasserkörper der Gewässerkategorien
Fließgewässer, Seen, Küstengewässer und Grundwasser
Räumliche Darstellung der Messstellen nach vorgegebenen Kriterien
Grafische Darstellung von Zeitreihen der einzelnen Parameter
56
Angaben zu Gewässerrandstreifen
Dabei sollte für die Nährstoffdaten sowohl eine Auswahl von Messstellen auf der Karte
als auch eine Recherche nach verschiedenen Kriterien umgesetzt werden. Als
Datenbasis dienen die im LLUR für die WRRL und andere behördlichen Aufgaben
erhobenen Daten, die automatisiert immer aktuell und qualitätsgesichert in die
Internet-Datenbank übertragen werden.
Der technisch-operative Betrieb sollte möglichst weitgehend beim IT-Dienstleister des
Landes Dataport zentralisiert werden.
Die Anwendung sollte im Web bereitstehen, um die Nutzung ohne clientseitige Zusatz-
software zu ermöglichen. Als Plattform zur Umsetzung bot sich daher die MELUR-
Servicearea an, ein Rechenzentrumsbereich, der auf die Anforderungen des MELUR-
Ressorts zugeschnitten wurden [Hübner et al. 2013]. Dort wurde auf der Basis der
Auswerte- und Präsentationssoftware CadenzaWeb bereits der Energieatlas Schles-
wig-Holstein für den behördeninternen Zugriff aufgebaut [Hosenfeld & Albrecht 2015].
In der Servicearea steht aber CadenzaWeb zusätzlich zur behördeninternen Nutzung
auch in einem Internet-Segment zur Verfügung, so dass auf die gleiche Infrastruktur
aufgesetzt werden konnte.
2 Informationsangebot des Wasserkörper- und Nährstoff-
informationssystems
Das Informationsangebot des Wasserkörper- und Nährstoffinformationssystems
gliedert sich in verschiedene Bereiche, die unterschiedliche Themenschwerpunkte
adressieren.
2.1 WRRL-Wasserkörpersteckbriefe
In dem Bereich Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) können Steckbriefe mit ausgewählten
berichtspflichtigen Angaben für die Wasserkörper Schleswig-Holsteins als dynamisch
erzeugte PDF-Dateien abgerufen werden. Dabei werden alle Gewässerkategorien
Fließgewässer, Übergangsgewässer, Seen, Küstengewässer und Grundwasser
abgedeckt. Die Steckbriefe enthalten Stammdaten zu dem jeweilgen Wasserkörper
sowie Angaben zur Bewertung des ökologischen Zustands oder Potenzials und des
chemischen Zustands für die Wasserkörper bzw. des mengenmäßigen und
57
chemischen Zustands der Grundwasserkörper. Weiterhin enthält der Steckbrief
Angaben zu umgesetzten und geplanten Maßnahmen. Die Steckbriefe werden alle
sechs Jahre fortgeschrieben. Berichtsdaten, die im Landesamt in der zentralen
Datenbank gehalten und gepflegt werden, werden dabei automatisch in die Internet-
Plattform übernommen.
Abbildung D-1: Auswahl von Wasserkörpern nach unterschiedlichen Kriterien
Abbildung D-2: Auswahl von Wasserkörpern auf der Karte
58
Die gewünschten Wasserkörper können nach verschiedenen Kriterien aus einer
Tabellen basierten Recherche (siehe Abbildung D-1) oder aus einer Karte (siehe
Abbildung D-2) ausgewählt werden.
2.2 Nährstoffkonzentrationen
Der Bereich Nährstoffe enthält die Monitoringergebnisse für Grundwasser,
Fließgewässer und Seen. Abgefragt werden können die Nährstoffkonzentrationen zu
den jeweiligen Probenahmeterminen und Jahresmittelwerte. Die Auswahl erfolgt
tabellarisch durch Auswahl einer Messstelle und die gewünschten Nährstoffe oder
kartographisch durch Auswahl einer Messstelle. Die Ergebnisse werden als Tabelle
oder Grafik angeboten. Beides kann für die Weiterverarbeitung exportiert werden.
Abbildung D-3: Grafische Darstellung der gewünschten Parameter
Die Monitoringergebnisse der Grundwassermessstellen sind besonders für das
Erkennen von örtlichen Betroffenheiten in den Grundwasserkörpern im nicht guten
chemischen Zustand von Interesse. Die Anwendung unterstützt damit das vom Land
geförderte Beratungsprojekt und trägt zur Umsetzung der in Novellierung befindlichen
Düngeverordnung bei.
Als Standardfunktionalität von CadenzaWeb werden bereits bei der
Zusammenstellung der Recherchekriterien die gefundenen Ergebnisse tabellarisch
ausgegeben (s. Abbildung D-1).
59
Die gefundenen Tabellendaten können als Excel-Datei zur weiteren Bearbeitung und
Analyse abgespeichert werden. Zudem können für durchgeführte Recherchen
sogenannte Permalinks vergeben werden: Web-Adressen (URLs), die später wieder
aufgerufen und auch an Dritte weitergegeben werden können.
Zudem wird die Darstellung der recherchierten Messstellen auf der Karte angeboten,
um diese dort bei Bedarf mit anderen Themen zu kombinieren. Informationen sowie
die vorbereiteten grafischen Auswertungen zur Messstelle können per Mausklick
bequem abgerufen werden.
Abbildung D-3: Abfrage von Messstellen auf der Karte
2.3 Nährstofffrachten
Die Nährstofffrachten aus dem Binnenland in Nord- und Ostsee sowie Elbe werden im
Bereich Fließgewässer als Jahreswerte angeboten. Hierdurch wird für die
Öffentlichkeit ersichtlich, ob die Anforderungen des Meeresschutzes an die
Nährstoffeinträge erreicht werden.
2.4 Gewässerrandstreifen
Im Bereich Randstreifen werden Informationen zum Bestand dauerhafter
Gewässerrandstreifen an den Vorranggewässern mit Stand Januar 2016 angeboten.
60
Interessierte können die vorhandenen Randstreifen je Vorranggewässer abfragen.
Aktuell sind an 43 % der Ufer der Vorrangfließgewässer dauerhafte Gewässerrand-
streifen erfasst.
3 Technische Grundlagen
3.1 Präsentations- und Auswertungsplattform im Rechenzentrum RZ²
Bereits 2014 wurde von den Landesbehörden des Umweltressorts gemeinsam mit
Dataport, dem zentralen Dienstleister des Landes und weiteren Dienstleistern im
neuen Dataport-Rechenzentrum RZ² die sogenante MELUR-Servicearea konzipiert
und in ersten Ansätzen umgesetzt. Diese sollte Daten und Informationen des MELUR-
Ressorts wahlweise sowohl behördenintern als auch im Internet komfortabel
zugänglich machen.
Innerhalb der MELUR-Servicearea werden Internet-Anwendungen und nur
Landesnetz-intern zugängliche Anwendungen in unterschiedlichen Zonen verwaltet,
die durch Sicherheitsmechanismen wie Firewalls voneinander getrennt sind. Jede
dieser Zonen ist in drei Umgebungen aufgeteilt (s. Abb. D-5):
Test- und Entwicklungsumgebung
Qualitätssicherungsumgebung (QS)
Produktionsumgebung
Als geeignete Präsentations- und Auswertungsplattform zur Realisierung von internen
und externen Web-Anwendungen wurde Cadenza Web identifiziert. Disy Cadenza
wird im Landwirtschafts- und Umweltressort in mehreren Fachabteilungen bereits seit
vielen Jahren erfolgreich zur Auswertung von Umweltdaten eingesetzt, so dass sowohl
auf die technischen Grundlagen als auch das erforderliche Know How aufgebaut
werden konnte. Unter anderem unterstützt Cadenza die Erfüllung von
Auswertungsaufgaben und Berichtspflichten für die EG Wasserrahmenrichtlinie
(WRRL) [Hosenfeld et al. 2012a] sowie das Management von Naturschutzmaßnahmen
[Hosenfeld et al. 2012b], die Umsetzung der Umgebungslärmrichtlinie in Schleswig-
Holstein [Hosenfeld et al. 2015] und den Ernergieatlas Schleswig-Holstein [Hosenfeld
& Albrecht 2015].
61
Mit dem Energieatlas als behördeninterner und den Hochwasserkarten als Internet-
Anwendung gingen 2014 die beiden ersten Cadenza-Anwendungen der MELUR-
Servicearea online.
Damit waren die geeigneten Voraussetzungen für die Umsetzung des Wasserkörper-
und Nährstoffinformationssystems als für die Öffentlichkeit zugängliche Web-
Anwendung auf der gleichen Basis geschaffen worden.
Die Software Cadenza kann in einer Installation mehrere sogenannter Repositories
bedienen, die einerseits sowohl als getrennte Fachauskunftssysteme genutzt werden
können, andererseits aber auch miteinander verknüpft und für integrative
Auswertungen eingesetzt werden können.
Die Steuerung der Zugänge erfolgt über eine Rechte- und Rollenverwaltung.
3.2 Datenmanagement / Datenflüsse
Die Datenhaltung findet im Oracle-RDBMS statt, das als Standard innerhalb der
Landesverwaltung eingesetzt wird.
Die für die Öffentlichkeit im Wasserkörper- und Nährstoffatlas präsentierten Daten
stellen einen Auszug der von den Behörden für Ihre Aufgabenerfüllung erforderlichen
Daten dar. Dabei werden einerseits operative Daten andererseits als Besonderheit
aber auch im Rahmen der WRRL-Berichterstattung erzeugte Berichtsstände
verwendet.
3.2.1 Berichtsstände
Für die Berichterstattung gemäß WRRL werden auf nationaler Ebene von der LAWA
(Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser) Datenformate in Form von Schablonen
vorgegeben, die zur Abgabe von Daten zu festgelegten Zeitpunkten genutzt werden.
Mit Hilfe der WRRL-Bewertungsdatenbank [vgl. Hosenfeld et al 2012a]] ist es innerhalb
des LLUR möglich, diese Berichtsstände in der internen Datenbank abzulegen und für
Auswertungen verfügbar zu machen. Zustätzlich kann spezifiziert werden, ob es sich
um interne Zwischenstände oder für die Öffentlichkeit freigebebene Daten handelt.
Damit können Auswertungen auf definierten Datenständen durchgeführt werden, die
den an die LAWA und EU gelieferten Daten entsprechen. Im Gegensatz dazu werden
die operativen Daten fortlaufend aktualisiert.
62
Innerhalb der Wasserkörper-Steckbriefe kann so eine mit der offiziellen
Berichterstattung konsistenter Darstellung erfolgen, während die
Nährstoffinformationen fortlaufend ergänzt werden und den Zugang zu aktuellen
Zeitreihen bieten. In jedem Fall werden aber nur geprüfte und freigegebene Daten
präsentiert.
3.2.2 ETL-Prozesse zur Datenzusammenstellung
Die in der internen Produktiv-Datenbank im LLUR verwalteten Fachdaten werden mit
Hilfe von ETL-Prozessen (ETL: Extraktion, Transformation, Laden) in einer Staging-
Datenbank nach den Anforderungen des Wasserkörper- und
Nährstoffinformationssystems zusammengestellt (s. Abb. 5). Die ETL-Prozesse
stellen sicher, dass nur freigegebene Daten übertragen werden und führen
gegebenenfalls Aggregationen und andere Operationen durch. Mit der nächtlichen
Ausführung der ETL-Prozesse stehen im Internet immer die aktuellen Daten zur
Präsentation und Recherche zur Verfügung.
Mit Hilfe einer Cadenza-Test-Instanz innerhalb des LLUR ist der Zugriff auf die
Staging-Datenbank und damit die fachliche Prüfung der präsentierten Informationen
innerhalb des LLUR und anderer Behörden des Ressorts möglich (s. Abb. D-5).
Aus der LLUR-Staging-Datenbank werden die Daten per Export und Import in die
Instanzen der Internet-Datenbank übernommen.
Abbildung D-5: Im Rahmen des Wasserkörper- und Nährstoffinformationssystems
umgesetzter Datenfluss zur Bereitstellung der Daten
63
4 Zusammenfassung und Ausblick
Mit dem Wasserkörper- und Nährstoffinformationssystem stellt Schleswig-Holstein
einen bedienungsfreundlichen Zugang zu Umweltinformationen bereit, der von
Interessengruppen wie beispielsweise dem Bauernverband aktiv nachgefragt wurde.
Auf diese Weise werden Handlungsbedarf und Fortschritte bei der Umsetzung der
europäischen Wasserrichtlinien für die Öffentlichkeit ersichtlich.
Mit dem angebotenen Instrument konnten bereits vorhandene Komponenten wie die
CadenzaWeb-Auswertungsplattform und die von den Umweltbehörden für ihre
Aufgabenwahrnehmung erhobenen und verwalteten Daten genutzt werden, um die
Anforderungen zu erfüllen.
Neben den bereits Ende 2014 freigegebenen Anwendungen Energieatlas und
Hochwasserkarten nahm zusätzlich zum Wasserkörper- und Nährstoffinformations-
system auch das Anlagenkataster der Entsorgungsanlagen in Schleswig-Holstein, das
der Öffentlichkeit die Recherche nach Abfallentsorgungsanlagen ermöglicht, 2016 den
Produktivbetrieb auf der gleichen Plattform auf.
Die Weiterentwicklung dieses Angebots erfolgt in Zusammenarbeit mit
Bauernverband, Landesverband der Wasser- und Bodenverbände und den
Naturschutzverbänden. Durch den flexiblen Aufbau der Cadenza-Plattform sind
inhaltliche Erweiterungen in der Regel konfigurativ zu erreichen, ohne dass
grundsätzliche Entwicklungsarbeiten erforderlich sind.
Die Anwendung ist unter der folgenden Adresse zu finden:
http://www.schleswig-holstein.de/wanis
5 Literaturverzeichnis
[Hübner et al. 2013]
Hübner, H.; Kumer, D.; Albrecht, M. & Kazakos, W. (2013): Konzeption und Aufbau
eines Data Warehouses für die Umweltverwaltung Schleswig-Holstein. Vortrag beim
20. Workshop des Arbeitskreises „Umweltinformationssysteme“ der Fachgruppe „In-
formatik im Umweltschutz“, veranstaltet an der Hochschule für Technik und Wirtschaft
in Berlin in Zusammenarbeit mit dem Umweltbundesamt am 23. und 24. Mai 2013.
http://www.ak-uis.de/ws2013/Vortraege.zip (do12-Huebner-DwhMELUR.pdf)
64
[Hosenfeld et al. 2012a]
Hosenfeld, F.; Lietz, J. & Trepel, M. (2012): Entwicklung einer Bewertungsdatenbank
zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie in Schleswig-Holstein. In: Umweltbund-
samt: Umweltinformationssysteme - Informationsgewinnung und Datenaufbereitung
für maritime Informationssysteme, 22. Workshop des Arbeitskreises „Umweltinforma-
tionssysteme‘‘ der Fachgruppe „Informatik im Umweltschutz‘‘, Elsfleth, 2011, UBA
Texte 03/12, pp. 69 - 78.
[Hosenfeld et al. 2012b]
Hosenfeld, F.; Kleinbub, J.; Krüger, K.; Kumer, D.; Langner, K. & Rinker, A. (2012):
Development of a Database Supporting the Management of Nature Conservation
Measures in Schleswig-Holstein. In: H.-K. Arndt, G. Knetsch, W. Pillmann (Eds.): Light
up the Ideas of Environmental Informatics, Dessau 2012, pp. 623 – 629.
[Hosenfeld et al. 2015]
Hosenfeld, F.; Gliessmann, L. & Rinker, A. (2015): Kartenservice Umgebungslärm
Schleswig-Holstein. In: Umweltbundsamt: Umweltinformationssysteme - Big Data – O-
pen Data – Data Variety.und Datenaufbereitung für maritime Informationssysteme, Er-
gebnisse des 21. und 22. Workshops des Arbeitskreises „Umweltinformationssysteme“
der Fachgruppe „Informatik im Umweltschutz‘‘, DOKUMENTATIONEN 58/2015, pp. 35
- 45.
http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/378/publikatio-
nen/doku_58_2015_umweltinformationssysteme_1.pdf (Letzter Zugriff: 04.08.2016)
[Hosenfeld & Albrecht, 2015]
Hosenfeld, F. & Albrecht, M. (2015): Energieatlas Schleswig-Holstein. In: Umweltbund-
samt: Umweltinformationssysteme - Big Data – Open Data – Data Variety.und Daten-
aufbereitung für maritime Informationssysteme, Ergebnisse des 21. und 22. Work-
shops des Arbeitskreises „Umweltinformationssysteme“ der Fachgruppe „Informatik im
Umweltschutz‘‘, DOKUMENTATIONEN 58/2015, pp. 140 - 153. http://www.umwelt-
bundesamt.de/sites/default/files/medien/378/publikationen/doku_58_2015_umweltin-
formationssysteme_1.pdf (Letzter Zugriff: 04.08.2016)
65