Kommunales Hochwasserrisikomanagement
27.05.2021
Hydrothemen Nr. 40 Mai 2021
Hydrothemen Nr. 40 / Mai 2021
27.05.2021

Vorhersagen für die Wasserwirtschaft mit dem Vorhersagesystem Delft-FEWS

„Prognosen sind schwierig, besonders wenn sie die Zukunft betreffen.“ Dieses Bonmot, das u. a. Karl Valentin und Winston Churchill zugeschrieben wird, kennzeichnet in prägnanter Form die Herausforderung, der sich Hydrotec stellt, seitdem wir uns mit Vorhersagen für die Wasserwirtschaft beschäftigen

Dies tun wir seit über 20 Jahren. In den Anfängen entwickelten wir erfolgreich eine Softwarelösung auf der Basis von NASIM. Die Notwendigkeit, unsere Ressourcen und die unserer Kunden effizient einzusetzen und in einem hochspezialisierten, sehr anspruchsvollen Markt konkurrenzfähig zu sein, hat uns vor gut zehn Jahren die Entscheidung treffen lassen, Plattformen mit dem Vorhersagesystem Delft-FEWS (Flood Early Warning System) aufzubauen. Wir implementieren kundenspezifische Vorhersagesysteme für ein großes Spektrum von Fragestellungen, betreuen sie im Rahmen der Wartung und entwickeln sie nach neuen technischen und fachlichen Anforderungen weiter.

Ansprechperson: Dr.-Ing. Oliver Buchholz

Delft-FEWS – das Vorhersagesystem

Vorhersage mit Delft-FEWSDelft-FEWS von Deltares aus den Niederlanden hat eine große internationale Nutzergemeinschaft, die in einem hohen Maße zur Weiterentwicklung der Software beiträgt. Die Nutzer profitieren so von einem stetigen Funktionszuwachs der ansonsten lizenzkostenfreien Software. Das Vorhersagesystem Delft-FEWS setzt das geniale Konzept um, die Daten von den Modellen zu trennen. Der modulare Aufbau von Delft-FEWS ermöglicht es, vorhandene Modellanwendungen unterschiedlicher Softwareprodukte einzubinden, sodass die Hydrologen mit den ihnen bekannten Modellen weiterarbeiten können. Neue Radar-Datenprodukte, Ensemble-Vorhersagen, neue Datenformate können unabhängig von den Modellen importiert und prozessiert werden, sodass flexibel auf die Entwicklungen in der Meteorologie reagiert werden kann. Einmal eingebunden, sind sie in allen Systemen nutzbar.

Auch die beste Software nimmt den Anwendern nicht den verantwortungsvollen Umgang mit den Modellen und eine sorgfältige Interpretation der Ergebnisse ab, die – so die Natur der Sache – mit Unsicherheiten behaftet sind. Eine fachlich fundierte Auswertung ist erforderlich, um belastbare Prognosen veröffentlichen zu können. Hier unterstützen wir unsere Kunden, indem wir Systeme erstellen, bei denen der Kunde die für ihn wesentlichen Daten im Blick hat und wir für die Lauffähigkeit sorgen.

Vorhersagesysteme für viele Bereiche der Wasserwirtschaft

Hydrotec hat erfolgreich wasserwirtschaftliche Vorhersagesysteme auf Basis von Delft-FEWS mit unterschiedlichen Zielsetzungen implementiert, u. a.:

Offene Softwarearchitektur und hohe Skalierbarkeit

Die offene Softwarearchitektur von Delft-FEWS hat es ermöglicht, dass bereits über 100 unterschiedliche Modelle weltweit aus den Bereichen Hydrologie, Gewässerhydraulik, 2D-Küstenmodelle, Gütemodelle etc. koppelbar sind. Unser N-A-Modell NASIM gehört ebenfalls dazu und ist in mehreren Systemen erfolgreich im Einsatz.

Eine weitere herausragende Eigenschaft von Delft- FEWS ist seine hohe Skalierbarkeit. Es eignet sich gleichermaßen für einzelne, kleine Einzugsgebiete oder Kommunen wie für überregionale Gewässersysteme und landes- oder kontinentweite Systeme. Deltares hat z. B. Vorhersagesysteme für die Niederlande und die Schweiz entwickelt und realisiert aktuell ein komplexes nationales System, das die ganze USA abdeckt.

MVorhersage mit Delft-FEWSobile App über PI Web Service integrierbar

Der PI Web Service als Datendrehscheibe ermöglicht den Datenaustausch zwischen dem Vorhersagesystem Delft-FEWS und zusätzlichen externen Anwendungen. So können bestehende Vorhersagesysteme flexibel durch zusätzliche Funktionalitäten ergänzt werden, die auf Desktop-Rechnern oder auf mobilen Geräten nutzbar sind.

Hydrotec hat z. B. auf Basis des PI Web Service den Vorhersage Web-Viewer als mobile Web-Anwendung für die Verbund Trading GmbH entwickelt. Die Applikation bietet schnell und unkompliziert eine strukturierte Übersicht der Workflows aus Delft-FEWS. Die Mitarbeitenden können die Vorhersagedaten sowohl im Browser als auch mit mobilen Endgeräten aufrufen – unabhängig von Zeit und Standort. Die anwendungsfreundliche mobile Lösung stellt alle wichtigen Informationen grafisch gut aufbereitet auf einen Blick zur Verfügung.

OpenArchive – nahtlos angebundenes Datenarchiv

Die performante Datenarchivierung ist von jeher eine wichtige wasserwirtschaftliche Aufgabe. Deltares hat dazu das OpenArchive als ein dateibasiertes Datenarchiv entwickelt. Mit OpenArchive lassen sich Prognosedaten, die durch mehrere Zeitvektoren gekennzeichnet sind und unstrukturierte Daten wie Textberichte, Kommunikationsprotokolle, Modellzustände, Datenbank-Snaps usw. speichern, sehr einfach finden und reaktivieren.

Wird das OpenArchive über den Delft-FEWS PI Web Service angebunden, entsteht eine nahtlose Integration: Werden Daten vom Delft-FEWS-System angefordert, ruft der Datenspeicher die Daten automatisch aus dem OpenArchive ab, wenn diese im Vorhersagesystem selbst nicht mehr aktiv sind.

Für die Landestalsperrenverwaltung Sachsen (LTV Sachsen) realisierte Hydrotec die Archivierung mit OpenArchive, um besondere Ereignisse wie Hochwasser oder Dürreperioden in vordefinierten Datensätzen zu archivieren. So kann man Hochwasser- oder Niedrigwasserereignisse im Nachgang analysieren.

Für die Verbund Trading GmbH sind in OpenArchive für eine Verweildauer von 20 Jahren ca. 6.600 Messwert- und Prognosedatensätze zu speichern. Das Archivierungsvolumen beträgt ca. 4 TB pro Jahr.

RTC-Tools zur Entscheidungsunterstützung

Die Open Source Software „RTC-Tools“ wurde von Deltares zur vorhersagebasierten, operationellen Steuerung von Speichersystemen entwickelt. Bei der Speicherbewirtschaftung dient es z. B. als Entscheidungsunterstützungssystem, wenn konkurrierende Nutzungen und Randbedingungen wie Hochwassersicherheit, Gewässerökologie und Energieerzeugung zu beachten sind.

Mit RTC-Tools können die Anwender Prozesse simulieren, visualisieren und in der Prognose sowohl regelbasiert als auch interaktiv steuern und optimieren.Hydrotec hat bereits mehrere dieser Systeme mit Delft-FEWS erfolgreich implementiert:

Ausblick: Kommunale Frühwarnsysteme unter Einsatz von Sensorweb-Technik und IoT sowie Datenübertragung via LoRaWan

Die Daten- und Sensortechnik schreitet mit großen Schritten voran. Viele Bereiche der Wasserwirtschaft werden digitalisiert. Kleine, energiearme Sensoren lassen sich vielerorts ohne aufwendige technische Infrastruktur installieren. Datenübertragungswege wie LoRaWan ermöglichen den flexiblen Aufbau von Erfassungssystemen zur kleinräumigen Überwachung von Gewässern und wasserwirtschaftlichen Anlagen.

Damit werden neue Anwendungen im Bereich Frühwarnung für Kundengruppen wie Kommunen oder kleine Wasserverbände etc. möglich, die bisher nicht daran gedacht haben, sich ein operationelles Vorhersagesystem anzuschaffen.

Dr.-Ing. Oliver Buchholz, Hendrik Burkamp, M.Sc., Dipl.-Ing. Simone Patzke

Dr.-Ing. Oliver Buchholz

Der promovierte Bauingenieur kam 2001 zu Hydrotec. Seit 2015 gehört er dem Gesellschafterteam an. 2016 wurde er als zweiter Geschäftsführer der GmbH berufen.

Dr. Bucholz ist ein Experte auf dem Gebiet der hydrologischen Modellierung, arbeitet an Forschungsprojekten mit und leitet die Arbeitsgruppe Hydrologie und Vorhersage bei Hydrotec. Früh erkannte er das Potenzial der Hochwasservorhersage auf Basis von hydrologischen Modellen. Auf seine Initiative hin entstand unsere Partnerschaft mit Deltares, aus der zahlreiche erfolgreiche Vorhersageprojekte mit Delft-FEWS hervorgingen. Ein weiterer Schwerpunkt seiner Arbeit ist die Entwicklung neuer Methoden im Bereich kommunaler Starkregenvorsorge und die Erstellung von kommunalen Hochwasserschutz- und Klimaanpassungskonzepten.

Er engagiert sich in fachlichen Arbeitsgruppen von BWK, DWA, GIB und HKC (AG-Sprecher) und ist Autor zahlreicher Fachveröffentlichungen und Vorträge.

Dr. Oliver Buchholz
Veröffentlicht am 27.05.2021