Starkregen und Überschwemmungen traten in den letzten Jahren nicht nur in Deutschland, sondern weltweit vermehrt auf. Dass ein Umgang mit den künftig zunehmenden Starkregenereignissen gefunden werden muss, steht außer Frage. Mit der Bestimmung von Fließwegen und der anschließenden Ausweisung von Notabflusswegen beschäftigt sich das Forschungsvorhaben „Urban Flood Resilience – Smart Tools“ (FloReST), das von der Hochschule Koblenz koordiniert und wissenschaftlich begleitet wird.
Starkregen und daraus resultierende Überschwemmungen traten in den letzten Jahren nicht nur in Deutschland vermehrt auf. Auch diesen Sommer über waren verschiedenste Länder in Europa und den USA stark betroffen. Dass ein Umgang mit den künftig zunehmenden Starkregenereignissen gefunden werden muss, steht außer Frage. Mit einer wassersensiblen Stadtentwicklung kann diesen Extremereignissen begegnet werden. Die Ausweisung von Notabflusswegen spielt dabei eine bedeutende Rolle. Notabflusswege sind Wege, über die das oberflächig abfließende Wasser bei Starkregenereignissen möglichst schadlos durch die urbane Bebauung abgeleitet werden soll. Mit der Bestimmung von Fließwegen mittels verschiedenster, innovativer Lösungsansätze und der anschließenden Ausweisung dieser Notabflusswege beschäftigt sich das Forschungsvorhaben „Urban Flood Resilience – Smart Tools“ (FloReST), das von der Hochschule Koblenz koordiniert und wissenschaftlich begleitet wird.
Das Projekt FloReST wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über eine Laufzeit von drei Jahren gefördert. Neben der Hochschule Koblenz besteht das Projektkonsortium aus der Hochschule Trier mit dem Umweltcampus Birkenfeld, der Universität Trier sowie Praxispartnern des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz, der Ingenieurgesellschaft Dr. Siekmann + Partner mbH sowie dem Softwareunternehmen Disy.
Zur Halbzeit des Projektes fand ein Workshop zum ersten Meilenstein an der Universität Trier statt. Bei dem Workshop waren Vertreterinnen und Vertreter der beteiligten Pilotkommunen sowie des Projektbeirats, bestehend aus der Ingenieurkammer RLP, dem Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie und Mobilität RLP und dem Landesamt für Umwelt RLP, anwesend. Weiterhin nahmen VertreterInnen des Projektträgers Karlsruhe und der übergeordneten Fördermaßnahme „Wasser-Extremereignisse“ (WaX) teil. Beim Meilensteinworkshop wurden der aktuelle Arbeitsstand des Projektes, erste Ergebnisse sowie Live-Anwendungen verschiedener SmartTools vorgeführt und diskutiert.
Ein wesentlicher Aspekt im Forschungsvorhaben ist die Kommunikation und Partizipation mit den Pilotkommunen sowie den Bürgerinnen und Bürgern. Eine Umfrage in den fünf beteiligten Pilotkommunen zur Risikokommunikation bei Hochwasser und Starkregen ergab unter anderem, dass es ein Defizit im Bereich der Katastrophenvorsorge zu geben scheint. Viele der befragten Bürgerinnen und Bürger wissen nicht, ob es in ihrer Heimatgemeinde ein Frühwarnsystem oder ein Hochwasserschutzkonzept gibt. Die Mehrheit der Befragten würde zudem gerne mehr über Hochwasserschutzmaßnahmen auf dem eigenen Grundstück erfahren. Eine wesentliche Fragestellung lautet daher: Wie kann das Wissensdefizit hinsichtlich Katastrophenvorsorge aufgearbeitet und geschlossen werden? Dieser Fragestellung wird derzeit im Projekt nachgegangen. Eine nachhaltige Sensibilisierung für Gefahren und Folgen aus Starkregenereignissen soll dabei in der Bevölkerung geschaffen und mögliche Lösungsansätze für eine erfolgreiche Risikokommunikation innerhalb der Kommunen erarbeitet werden.
Zur Ausweisung von Notabflusswegen werden in FloReST verschiedene innovative Ansätze verfolgt. Analysen zeigen, dass frei verfügbare Geodaten insbesondere im Siedlungsbereich nicht ausreichend genau sind, um detaillierte Fließwege und darauf aufbauend Notabflusswege auszuweisen. Digitale Geländemodelle mit einer Rasterweite von 1×1 m decken die lokalen, abflussrelevanten Strukturen nicht oder nur ungenügend ab, sodass zusätzliche lokale Vermessungen notwendig werden. Im Projekt wurden daher erste Modellierungen auf einem Höhenmodell mit 25cm-Rasterweite aus einer Kombination frei verfügbarer Geodaten und zusätzlichen terrestrischen Vermessungen durchgeführt. So können in potentiell kritischen Bereichen lokale, abflusslenkende Strukturen (sog. Bruchkanten) erfasst werden. Die Identifizierung und Vermessung abflussrelevanter Bereiche soll in FloReST durch einen innovativen Ansatz über hochaufgelöste Videoaufnahmen optimiert werden. Die daraus ermittelten potentiell kritischen Bereiche sind mit gängigen Vermessungstechniken hochaufgelöst zu erfassen und ein Hybrid-Höhenmodell für belastungsunabhängige und -abhängige Analysen zu erstellen. Anhand dessen kann eine detaillierte Betroffenheit von sozialen und technischen Infrastrukturen ermittelt und Notabflusswege ausgewiesen werden.
Ein weiterer Ansatz zur Ermittlung von Fließwegen ist der Einsatz von Künstlicher Intelligenz. Klassische Modellierungen sind in der Regel sehr zeitaufwändig. Über Machine Learning Modelle sollen daher schneller verfügbare Überflutungssimulationen generiert werden. Indem verschiedene Geländemodelle als Eingangsdatensatz verwendet werden, soll künftig eine schnelle Vorhersage von Fließwegen auf variierenden Geländeinformationen ermöglicht werden.
Ein Highlight des Meilensteinworkshops stellten die Live-Vorführungen von Flutungsversuchen im Stadtteil Trier-Filsch dar. Dort wird aktuell ein experimenteller Ansatz zur Ausweisung von Notabflusswegen verfolgt, indem Flutungs- und Dotierversuche umgesetzt werden. Vor Ort demonstrierte das Team der Universität Trier Versuche mit einer Kleinberegnungsanlage, um den Bodenfeuchtezustand und Wasserhaushalt abzubilden und den Oberflächenabfluss zu ermitteln. Zum anderen wurden Flutungsversuche vorgeführt, indem eine gezielte Wassermenge eingeleitet und die Fließspur mittels thermaler Markiertechnik über eine Drohne verfolgt wurde. Die Live-Vorführung zeigte die Problematik an dem bereits mehrfach von Starkregen betroffenen Standort und dem derzeit dysfunktionalen Notabflussweg. Hochaufgelöste Datensätze lassen künftig eine exakte Fließwegbestimmung zu, sodass aufbauend gezielt Maßnahmen umgesetzt werden können.
Während die zuvor genannten Untersuchungen vordringlich auf die Ermittlung von Fließwegen und Ausweisung von Notabflusswegen durch Fachplaner abzielen, dienen die digitalen Produkte in FloReST der späteren Anwendung in Kommunen und der Bevölkerung. So wird derzeit eine SmartApp entwickelt, über die Missstände an abflussrelevanten Standorten erfasst werden können. So lassen sich über den Standort und die Kamerafunktion Problemstellen zu beispielsweise verstopften Verrohrungen oder dysfunktionalen Regenwassereinläufen erfassen und übermitteln. Die Dokumentation über die SmartApp kann unter anderem bei der Umsetzung von Maßnahmen hilfreich sein, um die lokalen Bedingungen für den Starkregenfall zu verbessern. Ein Prototyp ist bereits entwickelt und soll im Frühjahr 2024 in einer Pilotkommune in die Testanwendung gehen. Alle in FloReST erzeugten Daten werden in einem GeoDataWarehouse gesammelt und kommunenspezifisch aufbereitet. Darüber werden die räumlich hochaufgelösten Daten zur Planungs- und Entscheidungsunterstützung für die Kommunen bereitgestellt.
Der Workshop zum ersten Meilenstein in FloReST zielte darauf ab, die bereits entwickelten Methoden und Ansätze den Vertreterinnen und Vertretern der Pilotkommunen sowie des Projektbeirats zu präsentieren und über potentielle Anwendungsfälle und die jeweiligen Bedarfe der Kommunen zu diskutieren. Mit den gewonnenen Erkenntnissen kann das FloReST-Konsortium in die weitere Entwicklung der Lösungsansätze und Optimierung der Arbeiten gehen.
Weitere Informationen:
www.hs-koblenz.de
