Intelligentes Früh­warn­system schützt vor urbanen Sturz­fluten

Extreme Niederschläge innerhalb kürzester Zeit sind für die Stadtentwässerung immer eine Herausforderung. Und sie treten – als unmittelbare Folge des Klimawandels – immer häufiger auf. Problematisch und gefährlich sind insbesondere sogenannte urbane Sturzfluten. Die können dann entstehen, wenn Kanalnetze überlastet und nicht mehr in der Lage sind, die enormen Wassermassen zu bewältigen. 

Die Tücke liegt im Detail: Treten Flüsse und Bäche über das Ufer, sind die unmittelbaren Einzugsgebiete der Gewässer betroffen – was oftmals schlimm genug ist. Urbane Sturzfluten jedoch können theoretisch überall und vor allem gleichzeitig an verschiedenen Orten entstehen. Ein Sicherheitsrisiko vor allem in Städten und dichtbesiedelten Regionen und gerade dort, wo es viele überflutungsgefährdete Geländetiefpunkte wie Unterführungen oder U-Bahnstationen gibt.

Gebraucht werden daher, sagt Bernd Bäumler, Mitglied der Geschäftsleitung bei fuseki, innovative und „zuverlässige Lösungen“ für den Umgang mit und die Vorhersage von Extremwetterereignissen. Das Problem aktueller Verfahren: Sie sind zu ungenau, warnen zu großflächig und deshalb bisweilen unnötigerweise. Und: Sie verarbeiten die Daten zu langsam, und vor allem liefern sie in der Regel nur statische Szenarien als Ergebnis. „Mit KIWaSuS gehen wir einen anderen Weg. Wir führen sämtliche relevanten Daten in Echtzeit auf einer einzigen Plattform zusammen. Über eine Analytik-Komponente werden diese Daten untersucht, ausgewertet und dann als User Interface ausgegeben. Das heißt, die Datenströme werden visualisiert, also verständlich gemacht, und zeigen dem Nutzer oder der Nutzerin dann, wo es voraussichtlich Probleme geben wird.“

Anders formuliert: KIWaSuS ist ein Echtzeitwarn- und Echtzeitmanagementsystem für urbane Sturzfluten unter Einsatz von KI und maschinellen Lernverfahren. Ausgewertet werden vor allem die Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) und der Kanalnetzsteuerung. Spezielle von der Hochschule Ruhr West entwickelte Regensensoren messen zudem die Werte auf den Straßen. „Wir nutzen also verschiedene Datentöpfe und führen die Ergebnisse zusammen. Entscheidend sind für uns allerdings vor allem die Regendaten des DWD, die übrigen Werte helfen uns dabei, die Datenbasis zu verdichten bzw. zu ergänzen.“

Das Ergebnis: dynamische digitale Karten, die Ort und Ausmaß einer Überflutung bei Starkregen frühzeitig und lokal eingegrenzt darstellen. Bis zu 60 Minuten Vorwarnzeit, sagt Bäumler, seien realistisch. Zeit für Feuerwehr und Technisches Hilfswerk, um die Bevölkerung zu warnen, Flächen zu räumen und Gegenmaßnahmen zu ergreifen. KIWaSuS arbeite dabei deutlich zuverlässiger und lokaler genauer als statische Modelle.
Drei Jahre lang lief der Pilot in Gelsenkirchen. In dieser Zeit wurde KIWaSuS angelernt, trainiert und hat jede Menge Daten gesammelt. „Aktuell sichten wir das Outcome der Pilotphase, um KIWaSuS zu einem eigenständigen Produkt zu entwickeln.“ Mit der Stadt Schwerte sei man bereits in Gesprächen, um dort das System zu installieren. Geplant ist zudem ein an KIWaSuS anschließendes Forschungsprojekt, um das Verfahren weiter zu optimieren.

Grundsätzlich, resümiert Bäumler, „ist das Ruhrgebiet für den Bereich Wasserwirtschaft eine sehr wichtige Region. Wir finden hier wichtige Ansprechpersonen und Kooperationspartner“. Zu letzteren zählen etwa die Hochschule Ruhr West und die Universität Duisburg-Essen: „Beide Institutionen unterstützen uns sehr bei unseren Forschungsvorhaben, und dort findet sich auch wichtiger wissenschaftlicher Nachwuchs, den wir in der Region brauchen“. Zugleich sei die Metropole Ruhr auch im Hinblick auf Endkundinnen und -kunden „genau die richtige Region“ für ein Unternehmen wie fuseki: „Es gibt hier im Ruhrgebiet große Unternehmen und Verbände aus dem Bereich Wasserwirtschaft, die die von uns entwickelten KI-Lösungen brauchen. Was die Vernetzung angeht, passt hier für uns also wirklich alles.“

Text: Redaktionsbüro Schacht11  
Bilder: fuseki