Virtual Water Values (ViWA): Multiskaliges Monitoring der globalen Wasserressourcen und Optionen für ihre effiziente und nachhaltige Nutzung

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Im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt ViWA entwickeln die sieben Projektpartner gemeinsam ein Wasserforschungsnetzwerk, mit dem die Umsetzung der UN-Nachhaltigkeitsziele untersützt werden soll. ViWA spricht im Kern den Wasser-Nahrung-Energie-Nexus an. Die Natur dieses Nexus ist zugleich lokal, übergreifend und global. ViWa braucht deshalb einen transdisziplinären Forschungsansatz, der Methoden und Wissen aus verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen, neue globale Datenquellen, neue globale Modellierungsansätze und das Fachwissen der Stakeholder internationaler Organisationen und Unternehmen integriert. Die Stakeholder teilen dabei den lokalen und gleichzeitig globalen Blick auf diese Aufgabe. Die Projektpartner haben Erfahrung in der Entwicklung und Nutzung hochauflösender (1km) gekoppelter agroökologischer / ökonomischer Modelle zur Simulation globaler landwirtschaftlicher Produktionspotentiale, hydrologischer Modellierung, von CGE-Modelle und regionalen Klimamodellen, der Nutzung von Hochleistungsrechnern (HPC) und der operationellen Nutzung der Fernerkundung für Hydrologie und Landwirtschaft sowie in der Governance von Wasserressourcen und SDGs. Die  hochaufgelösten Beobachtungsdaten ermöglichen es ViWa, sowohl das „Globale“ als auch das „Lokale“ bei der Entwicklung, Formulierung und Analyse von trade-offs für praxisrelevante Lösungsoptionen für eine nachhaltigere und effizientere Nutzung von Wasserressourcen zu berücksichtigen. Dies schließt einen umweltfreundlicheren Handel mit virtuellem Wasser ein.

Das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) unterstützt im Rahmen des Projektes „ViWA“ die Entwicklung und den Aufbau eines globalen, hochaufgelösten, fernerkundungsgestützten Monitoringsystems für Wasserflüsse, landwirtschaftliche Erträge und Wassernutzungseffizienz informationstechnisch und hilft, die damit verbundenen IT-Fragestellungen zu lösen. Eines der Ziele ist, den Landnutzungscode PROMET (Mauser & Bach, 2009) für die HPC-Infrastruktur des LRZ zu optimieren. Um eine gute Skalierung auf großen Rechensystemen zu erreichen, wird für das agro-hydrologische Prozessmodell insbesondere das sogenannte dynamische Load-Balancing analysiert, mit dem die gleichmäßige Auslastung aller Rechenkerne von Hochleistungsrechnern sichergestellt wird. Dafür werden Methoden aus der Algorithmik zellulärer Automaten sowie der Theorie der raumfüllenden Kurven untersucht und angewandt, um Algorithmen zu entwickeln, die eine weitgehend optimale Nutzung einer großen Anzahl Prozessoren eines Rechensystems garantieren. Zusätzlich werden Optimierungen auf unteren Ebenen (SMP, Node-Level) vorgenommen, die zu einer signifikanten Reduzierung der Laufzeit führen sollen. Des Weiteren wird der Code des Grundwassermodells MODFLOW für die Hochleitungssysteme des LRZ angepasst und optimiert. Ein weiteres Ziel ist der Aufbau einer IT-Forschungsdateninfrastruktur nach Anforderungen, die in Stakeholder-Workshops identifiziert werden sollen (Web-Interface mit Datenmanagement, Rechteverwaltung sowie Metadatenmanagement).

Highlights

Konferenzen & Veranstaltungen

  • ViWA Kick-off Meeting, 29.-30. Nov. 2017, Leibniz Universität Hannover
  • Kickoff Grow-Förderlinine, 12.-13. Sept. 2017, KIT, Karlsruhe

Steckbrief

Projektlaufzeit

2.5.2017 – 30.4.2020

Kontaktperson

Dr. Jens Weismüller / Natalie Vogel

Förderorganisation

Bundesministerium für Bildung und Forschung 

Website

www.viwa.geographie-muenchen.de

Partnerinstitutionen

  • Ludwig-Maximilians-Universität München
  • Leibniz-Rechenzentrum
  • Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung UFZ
  • Universität Hannover
  • Institut für Weltwirtschaft (IfW)
  • Climate Service Center (GERICS)
  • VISTA Geoscience Remote Sensing GmbH