Inno_MAUS – Innovative Instrumente zum Management des Urbanen Starkregenrisikos

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Kurzbeschreibung

Die Gefährdung durch pluviale Hochwasserereignisse in urbanen Räumen ist in Deutschland allgegenwärtig. Auslöser sind extreme konvektive Niederschläge kurzer Dauer. Sie überlasten die lokale Infiltrationskapazität der urbanen, oft stark versiegelten Oberflächen sowie die Entwässerungsinfrastruktur und erzeugen infolge lokaler Konzentration von Oberflächenabfluss Überflutungen.

Ganzheitliches Starkregenrisikomanagement als Antwort auf die Gefährdung durch pluviale Hochwasserereignisse verbindet quantitative und hochaufgelöste Gefährdungs- und Vulnerabilitätsanalysen, modellbasierte Vorhersagen und Frühwarnung, zielgruppenspezifische Risikokommunikation, aber auch bauliche Maßnahmen. Die Umsetzung dieses Konzepts erweist sich in der Praxis jedoch als schwierig, weil einerseits effiziente, skalierbare und übertragbare Instrumente fehlen und andererseits die Synergien zwischen den unterschiedlichen Komponenten des Starkregenrisikomanagements aufgrund fehlender Schnittstellen oft nicht ausgeschöpft werden.

Das übergeordnete Projektziel ist folglich die zielgerichtete Weiterentwicklung und Bereitstellung innovativer digitaler Instrumente, die sich flexibel in existierende kommunale Abläufe und Dateninfrastrukturen integrieren lassen. Dies wird pilothaft für die Städte Berlin und Würzburg demonstriert.

Ziel

Das Projekt ist in fünf Teilziele untergliedert:

  1. Transparente und offene digitale Schnittstellen realisieren und dadurch Integration der Komponenten des Starkregenrisikomanagements ermöglichen
  2. Konvektive Extremniederschläge zuverlässiger quantifizieren und vorhersagen
  3. Urbane Abflussbildung und Potenziale urbaner Wasserretention skalenspezifisch quantifizieren
  4. Abflussdynamik durch Verfahren der künstlichen Intelligenz effizient simulieren
  5. Starkregenspezifische Schäden an Gebäuden und Infrastruktur abschätzen.

Das Projekt umfasst vier Arbeitspakete zur Entwicklung spezifischer digitaler Instrumente und ein integrierendes Arbeitspaket zur Entwicklung von Schnittstellen und zur demonstrativen Integration und Koordination. Es werden Tests und Demonstrationen erfolgen, als “Best-Practice-Beispiel” für das Starkregenrisikomanagement zweier (bzgl. Physik und Risikobedingung unterschiedlicher) Städte, Berlin und Würzburg.

Arbeitspakete (AP)

Dieses Paket enthält die administrative und fachliche Projektkoordination. Darüber hinaus stellt APX die zentrale Plattform zur Verfügung, welche die wissenschaftlich- technischen Innovationen der übrigen Arbeitspakete in das bestehende Starkregenrisikomanagement der Städte Berlin und Würzburg integriert und die Expertise der Partner operativ zusammenführt.

Hochauflösende Radarbeobachtungen sind für ein effektives Starkregenrisikomanagement elementar. Daher zielt AP1 auf die Bereitstellung und Bewertung einer radargestützten Nah-Echtzeit- Niederschlagsschätzung sowie die Bereitstellung eines 5-minütigen Vorhersageprodukts für einen Vorhersagehorizont von 60 Minuten auf Basis Tiefer Neuronaler Netze.

AP2 nutzt und erweitert urban-hydrologische Modelle, um das Infiltrations-, Abflussbildungs- und Retentionsverhalten urbaner Oberflächen (z.B. teil-/versiegelte Flächen, Gärten, Parks, Rückhaltebecken und dezentrale Infiltrationsanlagen) zu quantifizieren und objektiv zu bewerten.Hierbei wird auch berücksichtigt inwieweit Wasserrückhalt aus Starkregenereignissen für eine spätere Nutzung zur Bewässerung urbaner Vegetation während Wassermangel-/Trockenzeiten einsetzbar ist.

Die oberflächliche Abflusskonzentration verknüpft den Starkniederschlag (AP1) und die Abflussbildung (AP2) mit den auftretenden Schäden (AP4). In AP3 werden Ergebnisse hydrodynamischer Modelle für das Training Tiefer Neuronaler Netze genutzt. Diese können mit Hilfe allgemein verfügbarer Eingangsdaten und daraus abgeleiteten Informationen (bspw. digitalen Geländemodellen, Oberflächenklassifikationen, Abflussbildung) lernen, die Ergebnisse hydrodynamischer Modelle zu reproduzieren.

Auf Grundlage der Überflutungshöhen aus AP3 werden in AP4 die Auswirkungen auf die Bevölkerung, die bebaute Umwelt und die städtische Infrastruktur abgeschätzt. Die Entwicklung zielgruppenspezifischer Storylines und deren Visualisierung, u.A. mit dynamischen Infografiken, unterstützt die Risikokommunikation. Diese Storylines können sowohl in der Risikovorsorge als auch in der Risikoreaktion genutzt werden.

Koordinator:
Prof. Dr.-Ing. Axel Bronstert
Universität Potsdam

Projektpartner:

  • Universität Potsdam – Lehrstuhl Hydrologie & Klimatologie
  • Universität Potsdam – AG Hochwasserforschung
  • Universität Potsdam – Lehrstuhl Geographie & Naturriskenforschung
  • TU München – Lehrstuhl Wasserbaus und Wasserwirtschaft
  • TU München – Lehrstuhl für Signalverarbeitung in der Erdbeobachtung (Zhu)
  • KISTERS AG, Aachen
  • Orbica UG, BErlin

Assoziierte Partner:

  • Bayrisches Landesamt für Umwelt
  • Berliner Wasserbetriebe
  • Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz Berlin
  • Stadt Würzburg, Fachbereich Umwelt- und Klimaschutz

Laufzeit:
01.02.2022 – 31.01.2025