Abteilung Siedlungswasserwirtschaft

Entscheidungsanalyse

Einführung zu Sozialwissenschafts- und Entscheidungsanalysemodulen

von Judit Lienert

Beim Projekt SWIP („Sustainable Water Infrastructure Planning“) wurden im Rahmen einer multikriteriellen Entscheidungsanalyse (MCDA = Multi-Criteria Decision Analysis) sämtliche verfügbaren Daten integriert: „Harte Tatsachen“ aus den technischen Modulen und die „weichen Präferenzen“ der Akteure. Die MCDA stellt einen klaren Rahmen einschliesslich aktiver Teilnahme der Akteure während des gesamten Prozesses bereit.

Qualitative, gemeinnützige Nachhaltigkeitsziele

Mit der MCDA können sämtliche Ziele (Kriterien, Leistungskennzahlen) explizit formuliert werden, die für Entscheidungsträger bei der Beschreibung eines „optimalen Wasserinfrastruktursystems“ wichtig sind. Dadurch wird der Spielraum der aktuellen Infrastrukturplanung auf gemeinnützige und qualitative Nachhaltigkeitsziele ausgedehnt.

Die aktuellen Planungsansätze basieren normalerweise auf einigen wenigen Zielen. Beispielsweise sind implizite Ziele einer optimalen Wasserinfrastruktur die kontinuierliche Versorgung mit hochwertigem Trinkwasser (zum Trinken, Kochen usw.) und Brauchwasser (zum Waschen, zur Brandbekämpfung usw.). Weitere Ziele sind die sichere Entsorgung von Haushaltabwässern und Regenwasser. Im Rahmen der MCDA werden diese impliziten Ziele zu expliziten Zielen. So können Zielkonflikte ausgemacht und gute Kompromisslösungen gefunden werden. Für SWIP wurde eine generische Zielhierarchie für Trinkwasserversorgungs- und Entwässerungssysteme entwickelt, die auf der intensiven Zusammenarbeit zwischen Akteuren auf Gemeinde-, Kantons- und Bundesebene basiert. Sie umfasst sechs Fundamentalziele (siehe Abbildung 1)

Abbildung 1: Die sechs Fundamentalziele eines optimalen Trinkwasserversorgungs- und Entwässerungssystems

Die Ziele wurden mit Hilfe von Attributen (Kennzahlen) operationalisiert, wodurch der Grad der Zielerreichung gemessen werden konnte. Die SWIP-Zielhierarchie wurde so konzipiert, dass sie leicht auf andere Applikationen angepasst werden kann (für mehr Informationen siehe Lienert et al., 2014[RS1] ).

Verschiedene Arten von Trinkwasserversorgungs- und Entwässerungssystemen

Mit der MCDA kann die Leistung von sehr unterschiedlichen Arten von Entscheidungsalternativen verglichen werden. Bei der Erweiterung der aktuellen Planung im Wassersektor, die üblicherweise auf dem Status quo basiert, wurde im Rahmen von SWIP zusammen mit den Akteuren eine breite Palette an Alternativen definiert. Dies umfasst einerseits die „üblichen“ Aufrüstungen des zentralen Trinkwasserversorgungs- und Entwässerungssystems, aber andererseits auch semi- bis vollständig dezentralisierte Alternativen.

Beispielsweise kann Regenwasser für die Brandbekämpfung oder den Hausgebrauch gesammelt und Trinkwasser im Supermarkt gekauft werden. Das Entwässerungssystem kann herkömmliche Kanalisationssysteme in urbanen Zentren, aber auch hauseigene Kläranlagen in peripheren Siedlungen umfassen. Bei der extremsten dezentralisierten Alternative verfügt jedes Haus über eine eigene Kläranlage. Bei SWIP wurden ebenfalls verschiedene Organisationsformen berücksichtigt (z. B. stärkere Regionalisierung oder Fusionen von Versorgern im Tiefbaubereich).

Wie sieht die Welt im Jahr 2050 aus?

Wir wissen es nicht und wir haben auch keine Möglichkeit, es herauszufinden! Trotz dieser Unsicherheit ist es möglich, weitreichende Planungsentscheidungen zu machen. Die Idee hinter der Szenarioplanung ist, Bilder verschiedener möglicher Zukunftsszenarien zu erstellen. Diese müssen weder wahrscheinlich noch speziell wünschenswert, aber in sich konsistent und plausibel sein. In jedem Szenario wird eine überzeugende Geschichte über eine zukünftige Welt erzählt.

Bei SWIP wurden im Rahmen eines Workshops mit den Akteuren vier Zukunftsszenarien auf die lokale Situation angepasst. Sie beschreiben, wie die Region Mönchaltorfer Aa im Jahr 2050 aussehen könnte. Bei einem Boom-Szenario wächst die Bevölkerung von heute 24'200 auf 200'000 Einwohner. Es findet ebenfalls eine grosse wirtschaftliche und technologische Entwicklung statt. Das Doom-Szenario hingegen ist gekennzeichnet durch eine schwierige Wirtschaftssituation und einen leichten Bevölkerungsrückgang. Beim attraktiven Qualitatives-Wachstum-Szenario wird der Fokus verstärkt auf eine nachhaltige Entwicklung gelegt. Hoher Wohlstand geht dabei einher mit einem hohen Umweltbewusstsein. Beim Status-quo-Szenario werden die aktuellen Randbedingungen auf das Jahr 2050 hochgerechnet (für mehr Informationen siehe Lienert et al., 2014).

Diese Szenarien wurden in der MCDA verwendet, um die Robustheit der Entscheidungsalternativen zu testen. Eine Alternative gilt als wenig robust, wenn sie in einem Szenario gut (z. B. im Status-quo-Szenario), aber sehr schlecht in einem anderen Szenario abschneidet. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Boom-Szenario (massives Bevölkerungswachstum) speziell empfindlich ist und sich auf die Rangfolge einiger Entscheidungsalternativen auswirkt (siehe Ergebnisse der MCDA für die Trinkwasserversorgung-Teilprojekt 3 und Entwässerung-Teilprojekt 4 )

Kombination der harten Tatsachen mit den Präferenzen der Akteure

Die Entscheidungsalternativen werden von Entscheidungsträgern nicht direkt beurteilt. Bei der MCDA wird bei jeder Entscheidungsalternative analysiert, in welchem Masse die jeweiligen Ziele erreicht werden, und die entsprechende Leistung (für jedes Szenario) beurteilt, beispielsweise wie gut Abwasser gereinigt wird oder wie viel dies pro Person und Jahr kostet. Einige Prognosen erfordern den Einbezug von Modellen, z. B. die Leistung alternder Wasserversorgungsleitungen. Bei anderen Prognosen sind Expertenmeinungen erforderlich.

Um die Leistungsprognosen mit den subjektiven Präferenzen jedes Entscheidungsträgers kombinieren zu können, wurden 31 Interviews mit wichtigen Akteuren durchgeführt. Bei der MCDA wird somit anerkannt, dass verschiedene Menschen verschiedene Prioritäten haben können. Beide Aspekte werden in gleichem Masse berücksichtigt.

Die harten Tatsachen werden mithilfe eines mathematischen Modells mit den Präferenzen der Akteure kombiniert. Bei SWIP umfasst das Modell die Unsicherheiten bezüglich der Prognosen sowie der Entscheidungsträger. Beispielsweise kann die Anzahl Mischwasserüberläufe unsicher sein, aber auch die Präferenzen des Entscheidungsträgers, wenn dieser Kompromisse zwischen den verschiedenen Zielen eingehen muss. Das Modell wurde für jeden Entscheidungsträger und jedes Zukunftsszenario repliziert. Im Rahmen von Sensitivitätsanalysen wurde zudem getestet, ob die Ergebnisse unter veränderten Annahmen unterschiedlich ausfallen.

Kompromisslösungen finden

Das Ergebnis der MCDA ist eine Auflistung der Alternativen für jeden Entscheidungsträger unter den verschiedenen Zukunftsszenarien. Eine Alternative, die für die meisten Entscheidungsträger unter allen Szenarien gut funktioniert, ist eine potenziell robuste und attraktive Wahl. Die Vor- und Nachteile sollten jedoch zusammen mit den Entscheidungsträgern diskutiert werden (siehe Ergebnisse für die MCDA für die Trinkwasserversorgung-Teilprojekt 3  und Entwässerung-Teilprojekt 4 )

In vielen Fällen kann im Rahmen einer MCDA aufgezeigt werden, dass angebliche Konflikte zwischen verschiedenen Akteuren nicht so grundlegend sind, wie zunächst angenommen. Idealerweise kann eine Entscheidungsalternative ausgemacht werden, die trotz verschiedener Prioritäten der Akteure gut funktioniert. In anderen Fällen kann es durch einen transparenten Entscheidungsprozess möglich sein, allfällige Mängel der vorgeschlagenen Alternativen auszumachen und eine Kompromissalternative zu finden, bei der die grössten Defizite beseitigt werden können.

Rahmen der multikriteriellen Entscheidungsanalyse (MCDA)

Die MCDA, wie sie bei SWIP angewendet wird, umfasst folgende Schritte (siehe Lienert et al., 2014):

  1. Entscheidungsrahmen klären, Systemgrenzen setzen, entscheiden, wer  involviert wird. Wer ist im Entscheidungsprozess wichtig und wer ist davon betroffen? Wer interagiert mit wem? Dazu wurde eine Akteursanalyse mit einer soziale Neztwerkanalyse kombiniert. Um die Randbedingungen erweitern und die unsichere zukünftige sozio-demografische Entwicklung berücksichtigen zu können, wurde die MCDA mit einer Szenarioplanung kombiniert.
  2. Ziele definieren. Was ist wichtig für die Entscheidungsträger / die Gesellschaft / zukünftige Generationen? Attribute (Kennzahlen) definieren, mit denen Ziele messbar sind.
  3. Sozioökonomische Zukunftsszenarien entwickeln. Wie könnte die Welt im Jahr 2050 aussehen und in welchem Masse beeinflusst dies die Wasserinfrastrukturen?
  4. Alternativen entwickeln. Wie können Haushalte mit Wasser versorgt und Abwässer entsorgt werden? Wie können Infrastrukturen erhalten, repariert oder ersetzt werden? Wie können diesbezügliche Organisationsformen aussehen?
  5. Konsequenzen abschätzen. In welchem Masse werden die Ziele (Schritt 2) bei jeder Entscheidungsalternative (Schritt 4) unter den verschiedenen Zukunftsszenarien erreicht? Um dies abzuschätzen wurde beispielsweise die Leistung von Wasserversorgunsleitunen in den verschiedenen Sanierunsstrategien mit Hilfe von Modellen beurteilt. Um die Anzahl Mischwasserüberläufe für verschiedene Alternativen unter Annahme des Klimawandels vorherzusagen, wurde ein hydraulisches Modell eingesetzt. Oder um die Qualität von Management und Betrieb unter verschiedenen Organisationsformen abzuschätzen wurden Expertenmeinungen eingeholt.
  6. Die Präferenzen der Akteure erheben. Welche Ziele sind die wichtigsten? Kann eine Zielerreichung gegen eine andere abgewogen werden? Können beispielsweise steigende Kosten durch eine bessere Wasserqualität gerechtfertigt werden?
  7. Die Prognosen (Schritt 5) mit den Präferenzen der Akteure (Schritt 6) kombinieren, um Kompromisse auszumachen und robuste Alternativen für Trinkwasserversorgungs- und Entwässerungssysteme vorzuschlagen. Sind eine oder mehrere Alternativen auszumachen, die besonders gut für die meisten Akteure unter den verschiedenen Zukunftsszenarien funktionieren? Falls nicht, kann eine Kompromissalternative gefunden werden? Finden die Vorschläge bei den Akteuren Anklang?
  8. Umsetzen, überwachen und überprüfen. Eine Umsetzung in der realen Welt war nicht Ziel dieses Forschungsprojekts. Im Rahmen von Nachfolgeprojekten soll die Lücke zwischen theoretischer und praktischer Anwendung jedoch geschlossen werden.

Weitere Informationen

  • Teilprojekt 1: Akteurs- und soziale Netzwerkanalyse von Judit Lienert, Florian Schnetzer, Karin Ingold.
  • Teilprojekt 3: Dissertation von Lisa Scholten: Multikriterielle Entscheidungsanalyse für die Planung von Infrastrukturen der Wasserversorgung unter Unsicherheit. 
  • Teilprojekt 4: Post-Doktorat von Jun Zheng: Einbezug der Präferenzen von Akteuren in die Planung von Entwässerungssystemen anhand einer multikriteriellen Entscheidungsanalyse.
  • Lienert, J., Scholten, L., Egger, C., Maurer, M. (2014) Structured decision making for sustainable water infrastructure planning and four future scenarios. EURO Journal on Decision Processes, special issue on Environmental Decison Making: in press.

Kontakt

Dr. Judit LienertGroup Leader, Cluster: DA (Decision Analysis)Tel. +41 58 765 5574E-Mail senden