PuwaSTAR – KI-gestützte Überflutungsvorhersage für von Pumpwerken entwässerte Bereiche

Das Forschungsprojekt PuwaSTAR zur KI-gestützten Vorhersage von Überflutungen, an dem Hydrotec gemeinsam mit Emschergenossenschaft und Lippeverband (EGLV) und der Universität Siegen gearbeitet hat, wurde im Februar 2026 erfolgreich abgeschlossen.

Rund 40 Prozent der Emscher-Lippe-Region liegen infolge des Steinkohlebergbaus in Bergsenkungsbereichen und müssen dauerhaft künstlich von (EGLV) entwässert werden. Mehr als 500 Pumpwerke – Anlagen der kritischen Infrastruktur – betreiben EGLV, um diese sogenannten Polderflächen vor Überflutungen zu schützen. Was aber, wenn ein Pumpwerk während eines extremen Starkregenereignisses ausfällt?

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit 500.000 Euro geförderten Projektes PuwaSTAR (Pumpwerkswarnung für Starkregen und Hochwasser im urbanen Raum) wurde ein KI-gestütztes Vorhersagesystem entwickelt, das in der Lage ist, binnen weniger Minuten Informationen über mögliche Überflutungsflächen bereitzustellen, um entsprechende Maßnahmen einleiten zu können.

Hydrotec entwickelte gemeinsam mit dem Lippeverband und dem Forschungsinstitut für Wasser und Umwelt (FWU) der Universität Siegen ein Echtzeit-Vorhersagesystem, das mögliche Überflutungsflächen und Wassertiefen innerhalb weniger Minuten prognostiziert. Neben Niederschlags- und Abflussvorhersagen berücksichtigt das System auch die Leistungsfähigkeit der Pumpen sowie mögliche (Teil-)Ausfälle.

Hydrotec implementierte das von der Universität Siegen entwickelte KI-Tool als neue Datenquelle in das bestehende Hochwasservorhersagesystem Delft-FEWS bei EGLV. Der entscheidende Vorteil: Im Vergleich zu klassischen hydronumerischen Simulationen liefert die KI deutlich schneller belastbare Ergebnisse. Automatisiert werden Hochwassergefahrenkarten für den Prognosezeitraum erzeugt, relevante Kenngrößen für Warnungen abgeleitet und an definierte Empfängerkreise übermittelt.

Das Pumpwerk Dorsten-Hammbach diente im Rahmen des Projektes als Pilotanalage. Fließt dem Pumpwerk mehr Wasser zu, als es mit seiner Leistungsfähigkeit fördern kann, oder fällt das Pumpwerk (teilweise) aus, kann das neue System innerhalb kürzester Zeit Vorhersagen zu potenziell überfluteten Gebieten und Wassertiefen im betroffenen Poldergebiet liefern.

Mehrwert für die Katastrophenvorsorge

Der enge Austausch mit den Städten Dorsten und Bottrop, Feuerwehr, THW und der Kreisleitstelle Recklinghausen stellte den starken Praxisbezug sicher. Die funktionsfähige KI-basierte Vorhersage für das Pumpwerk Dorsten-Hammbach wurde in ein aktuell bereits vorhandenes Hochwasservorhersagesystem von EGLV integriert und läuft dort derzeit zur weiteren Erprobung in einer realen Testumgebung. Damit konnte dieses Vorhersagesystem auf ein Pumpwerk ausgeweitet und erstmals eine Überflutungsvorhersage integriert werden. Die erarbeiteten Erkenntnisse und die Methodik bieten nun die Grundlage für eine Integration in die operationelle Vorhersage und die Übertragung auf weitere Pumpwerksstandorte.

Resilienz kritischer Infrastrukturen

Mit PuwaSTAR ist es gelungen, KI gezielt in die operationelle Hochwasservorhersage zu integrieren – ein wichtiger Schritt hin zu mehr Resilienz kritischer Infrastrukturen und zu einem verbesserten Schutz der Bevölkerung vor den Folgen extremer Wetterereignisse.

Weitere Informationen

Das Verbundvorhaben wird vom Bundesministerium für Forschung Technologie und Raumfahrt (BMFTR) innerhalb der Fördermaßnahme „Anwender – Innovativ: Forschung für die zivile Sicherheit II“ gefördert. (www.sifo.de).

Weitere Informationen zum PuwaSTAR-Projekt: www.eglv.de/puwastar