Digi­ta­ler Zwil­ling zum KI-unter­stütz­ten Manage­ment von Was­ser-Extrem­ereig­nis­sen im urba­nen Raum (Zwil­lE)

Das Ver­bund­pro­jekt Zwil­lE ist in den För­der­schwer­punkt „Wasser:N Was­ser-For­schung und Was­ser-Inno­vat­i­nen für Nach­hal­tig­keit“ des BMBF (Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung) und dort in die För­der­maß­nah­me „Was­ser-Extrem­ereig­nis­se“ eingebettet.

Das Pro­jekt hat als Ziel­stel­lung die Ent­wick­lung von Metho­den und Werk­zeu­gen für die Erstel­lung eines Digi­ta­len Zwil­lings der städ­ti­schen Ent­wäs­se­rungs­in­fra­struk­tur als Basis für eine pro­ak­ti­ve Bewäl­ti­gung von Wet­ter­ex­trem­ereig­nis­sen im urba­nen Raum.

Das Ver­bund­pro­jekt “Zwil­lE” erforscht in den nächs­ten drei Jah­ren Mög­lich­kei­ten für ein Künst­li­che-Intel­li­genz (KI)-unterstütztes Manage­ment von Was­ser-Extrem­ereig­nis­sen im urba­nen Raum. Ziel ist es, die sied­lungs­was­ser­wirt­schaft­li­chen Aus­wir­kun­gen von Was­ser-Extrem­ereig­nis­sen bes­ser vor­her­zu­se­hen und durch den Ein­satz eines mit einem KI-basier­ten Assis­ten­ten gekop­pel­ten digi­ta­len Zwil­lings sek­toren­über­grei­fend pro­ak­tiv mana­gen zu kön­nen. Ins­ge­samt sind am Pro­jekt 6 Ver­bund­part­ner betei­ligt, ifs lei­te­te das Arbeits­pa­ket 3: Daten­er­fas­sung und Mess­da­ten­ver­ar­bei­tung. Ein wei­te­rer Schwer­punkt von ifs liegt in Arbeits­pa­ket 4: Hoch­auf­lö­sen­de Pro­gno­se­mo­del­le für extre­me Nie­der­schlags­er­eig­nis­se mit nach­fol­gen­den Schwerpunkten:

• Inte­grier­tes Mess­pro­gramm für die bis­lang häu­fig getrennt von­ein­an­der betrach­te­ten Teil­sys­te­me Kanal, Klär­an­la­gen und Gewäs­ser sowie
• Ana­ly­se der Überflutungsgefährdung

Hier­zu wur­den Messtel­len in den Fließ­ge­wäs­sern Lei­ne und Ihme sowie Mess­stel­len im Misch- und Regen­was­ser­ka­nal­netz der Stadt Han­no­ver umfang­reich mit Online-Sen­so­rik ausgestattet. 

Die wei­ter fort­ge­schrit­te­ne Ent­wick­lung von Online-Sen­so­rik auch zur Erfas­sung der Was­ser­be­schaf­fen­heit (Güte) bie­tet zusam­men mit der mitt­ler­wei­le ver­brei­te­ten Online-Erfas­sung der Was­ser­men­ge das Poten­ti­al für eine Inte­gra­ti­on die­ser Echt­zeit­mess­da­ten in Simu­la­ti­ons- und Ent­schei­dungs­as­sis­tenz­mo­del­le. Ers­te­re stel­len aller­dings noch nicht den all­ge­mei­nen Stand der Tech­nik dar und wer­den des­halb hin­sicht­lich sowohl des Auf­wan­des für Instal­la­ti­on, Mess­be­trieb und Kali­brie­rung als auch für die Gewähr­leis­tung der Mess­ge­nau­ig­keit als Basis für die Ablei­tung zuver­läs­si­ger und siche­rer Hand­lungs­emp­feh­lun­gen kri­tisch unter­sucht und bewer­tet. Ins­be­son­de­re die Kom­bi­na­ti­on von Men­gen- und Güte­mes­sun­gen erlaubt im Hin­blick auf die gera­de neu ein­ge­führ­ten tech­ni­schen Regeln zum Gewäs­ser­schutz (DWA‑A 102) die Auf­stel­lung von Schmutz­fracht­bi­lan­zen und damit die Beur­tei­lung der Aus­wir­kun­gen von Regen­was­ser­ein­lei­tun­gen in Oberflächengewässer.

Ein wei­te­rer Fokus liegt auf der Bewer­tung der Über­flu­tungs­ge­fähr­dung des urba­nen Ein­zugs­ge­bie­tes bei extre­men Stark­re­gen­er­eig­nis­sen mit mög­lichst ein­fa­chen Metho­den, um das Ent­schei­dungs­as­sis­tenz­sys­tem vor zu gro­ßem, in Echt­zeit nicht rea­li­sier­ba­rem Rechen-/Si­mu­la­ti­ons­auf­wand zu bewah­ren. Dazu wird die Über­trag­bar­keit von 2D-Modell­er­geb­nis­sen von Ober­flä­chen- und Kanal­ab­fluss auf Basis von Modell­re­gen mit­tels 2D-Model­lie­run­gen mit gemes­se­nen Regen­er­eig­nis­sen überprüft.