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15.12.2023

PuwaSTAR: Vorhersagesystem für Pumpwerke im Hochwasserfall mithilfe von KI

Hochwasser-Prognose in Echtzeit soll mit dem Delft-FEWS-Vorhersagesystem unter Verwendung künstlicher Intelligenz am Beispiel des Pumpwerks Dorsten-Hammbach im Einzugsgebiet des Lippeverbandes demonstriert werden.

Rund 40 Prozent der Emscher-Lippe-Region habe sich infolge des Steinkohlebergbaus abgesenkt und müssen dauerhaft künstlich von Emschergenossenschaft und Lippeverband (EGLV) entwässert werden. Um diese Polderflächen vor Überflutungen zu schützen, betreiben sie mehr als 500 Pumpwerke, die als Anlagen der kritischen Infrastruktur einzustufen sind.

Was aber, wenn ein Pumpwerk während eines extremen Starkregenereignisses ausfällt? Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 500.000 Euro geförderte Projekt PuwaSTAR (Pumpwerkswarnung für Starkregen und Hochwasser im urbanen Raum) will nun ein Vorhersagesystem entwickeln, das in der Lage ist, binnen weniger Minuten Informationen über mögliche Überflutungsflächen bereitzustellen – um rechtzeitig die Bevölkerung vor drohenden Gefahren zu warnen und entsprechende Maßnahmen einleiten zu können.

Erarbeitet wird das System zunächst am Beispiel des Pumpwerks Dorsten-Hammbach. Die Erkenntnisse sollen anschließend auf alle anderen Pumpwerksstandorte übertragbar sein

PuwaSTAR - Projektstart Hochwasservorhersagesystem ür Pumpwerke

Projektteam aus Lippeverband, Universität Siegen und Hydrotec

Der Lippeverband hat das Forschungsprojekt PuwaSTAR initiiert, das vom BMBF im Rahmen des Sicherheitsforschungsprogramms (www.sifo.de) gefördert wird. Ebenfalls daran beteiligt sind das Forschungsinstitut Wasser und Umwelt (FWU) der Universität Siegen und Hydrotec.

Ziel des zweijährigen Vorhabens ist die Entwicklung eines Echtzeit-Vorhersagesystems für Pumpwerke, das mithilfe von künstlicher Intelligenz innerhalb kurzer Zeit Informationen über mögliche Überflutungsflächen bereitstellt.

Hydrotec erweitert Delft-FEWS-Vorhersagesystem um Modul für KI-Daten

Im Rahmen des Vorhabens erweitert Hydrotec das bei EG/LV bereits vorhandene Delft-FEWS-Hochwasservorhersagesystem. Als zusätzliche, neue Datenquelle implementiert Hydrotec das von der Universität Siegen entwickelte KI-Tool für die Berechnung der Überflutungsflächen. Neben der Niederschlags- und Abflussvorhersage werden zusätzlich die Leistungsfähigkeit und die Ausfallwahrscheinlichkeiten der Pumpen abgeleitet und in die Überflutungsvorhersage integriert.

Der Einsatz von KI bietet den Vorteil, im Ereignisfall schneller Ergebnisse auszugeben, als hydronumerische Simulationen. Das Vorhersagesystems erzeugt Hochwassergefahrenkarten für den Prognosezeitraum, leitet automatisiert Kenngrößen für Warnungen ab und verbreitet diese auch an die festgelegten Empfänger.

Pilotanlage Pumpwerk Dorsten Hammbach

Die Echtzeitvorhersage auf Basis künstlicher Intelligenz soll am Beispiel des Pumpwerks Dorsten-Hammbach im Einzugsgebiet des Lippeverbandes demonstriert werden. Dort traffen sich am 15.11.2023 alle Projektbeteiligten zu einem KickOff-Termin.

Laut einer für diese Anlage bereits vorliegenden Risikostudie würde sich bei einem Pumpwerksausfall der zu erwartende Schaden auf zirka 75 Millionen Euro summieren. Von einer Überflutung betroffen wären etwa 1.800 Personen, vier Schulen, drei Seniorenwohnheime und mehrere städtische Verwaltungseinrichtungen. Eine frühzeitige Warnung würde eine Vorbereitung von Maßnahmen im Ereignisfall und eine verbesserte Vorsorge ermöglichen.

In diesem Rahmen sind die Städte Dorsten und Bottrop inkl. Feuerwehr und Technischem Hilfswerk (THW) als Partner eingebunden, um gemeinsam die Möglichkeiten der verbesserten Vorhersagen für die praktische Katastrophenvorsorge abzuleiten und entsprechende Maßnahmenkonzepte zu erarbeiten.

Die gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend auf alle anderen Pumpwerksstandorte übertragbar sein.

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