Verbundprojekt “ZwillE”: Künstliche Intelligenz und digitaler Zwilling helfen gegen die Auswirkungen extremer Wetterereignisse im urbanen Raum
Das Verbundprojekt "ZwillE" unter der Leitung von Atos erforscht in den nächsten drei Jahren Möglichkeiten für ein Künstliche-Intelligenz (KI)-unterstütztes Management von Wasser-Extremereignissen im urbanen Raum. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt wird dazu einen digitalen Zwilling der Entwässerungsinfrastruktur der Stadt Hannover entwickeln. 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.
Durch den Klimawandel wird eine Zunahme von Wasser-Extremereignissen wie Starkregen und Überschwemmungen in Mitteleuropa erwartet. Urbane Flächen sind einerseits besonders gefährdet, andererseits aber aufgrund der dichten Bebauung auch ein Teil des Problems. Das Verbundprojekt „ZwillE" arbeitet daran, die durch extreme Regenereignisse verursachten Gefahren und Engpässe für die städtische Entwässerungsinfrastruktur besser vorauszusehen und schadensminimierend darauf einzuwirken. Atos leitet dieses Projekt in Zusammenarbeit mit der Stadtentwässerung der Landeshauptstadt Hannover als Anwendungspartner sowie verschiedenen Instituten und Unternehmen aus dem Hydro- und Ingenieursbereich, namentlich der hydro & meteo GmbH, der Ingenieurgesellschaft für Stadthydrologie mbH, dem Institut für Automation und Kommunikation e.V. und dem IAB – Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH.
Anhand von Echtzeitmessdaten sowie eines integrierten Simulationsmodells soll zunächst ein virtuelles, sektorübergreifendes Abbild der aktuellen Entwässerungsinfrastruktur der Stadt Hannover mit ihren verschiedenen Teilbereichen (Einzugsgebiete, Kanalnetz, Kläranlagenverbund, Einleitungsgewässer) erzeugt werden. Unter Einbeziehung von hochauflösenden Niederschlagsprognosen ermöglicht dieser digitale Zwilling des städtischen Abwassersystems die Durchführung vorausschauender Szenarioanalysen zu extremen Wetterereignissen und die Ableitung daraus resultierender wahrscheinlicher Problembereiche innerhalb des Entwässerungssystems. Diese Erkenntnisse werden sodann mittels eines KI-basierten Assistenten mit formalisiertem Expertenwissen zu geeigneten schwachstellenbezogenen Gegenmaßnahmen angereichert und als nachvollziehbare Handlungsempfehlungen an das technische Personal der Stadtentwässerung Hannover zur Entscheidungsunterstützung weitergegeben. So können die Vorbereitung auf und der Umgang mit akuten extremen Wetterereignissen unterstützt werden. Neben der Festlegung derartiger kurzfristiger Eingriffsmöglichkeiten dienen die Simulationen außerdem der Planung längerfristiger Infrastrukturanpassungen zur Bewältigung zukünftiger Anforderungen infolge klimatischer Veränderungen.
Mitte März trafen sich in einer Online-Konferenz das "ZwillE"-Projektkonsortium, der Projektträger Karlsruhe, das Vernetzungs- und Transfervorhaben der Fördermaßnahme Wasser-Extremereignisse (WaX) sowie ein Begleitkreis aus assoziierten Projektpartnern zur Auftaktveranstaltung des Verbundprojekts. Nach der Projektvorstellung führten die Verbundpartner vertiefend in Extremwetterszenarien und -daten ein (sowohl aus Sicht der Meteorologie als auch aus Sicht der Siedlungswasserwirtschaft), konkretisierten die Herausforderungen der Messdateninfrastruktur und gaben einen kurzen Einblick in die Simulation und Szenario-Analyse von städtischen Entwässerungsinfrastrukturen.
Dr. Michael Pabst, Koordinator Generalplanung im Bereich Planung und Bau beim Anwendungspartner Stadtentwässerung Hannover, erklärt: „Der Aufbau eines integrierten Gesamtmodells für die bislang getrennt voneinander betrachteten Teilsysteme Kanal, Kläranlagen und Gewässer stellt eine entscheidende Grundlage für die Umsetzung und Anwendung des Digitalen Zwillings und somit für eine zukunftsgerichtete integrale Handlungs- und Planungsweise im Einzugsgebiet der Landeshauptstadt Hannover dar."
„Wir freuen uns sehr darauf, in diesem Projekt zusammen mit der Stadtentwässerung Hannover und unseren weiteren Verbundpartnern an einem konkreten Beispiel zeigen zu können, wie innovative Technologien dabei helfen, die Auswirkungen von klimabedingten Wasser-Extremereignissen besser vorherzusagen und proaktiv zu managen," sagt Dr. Alexander Krebs, stellvertretende Leitung C-LAB bei Atos und Verbundkoordinator von ZwillE.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Verbundprojekt „ZwillE – Digitaler Zwilling zum KI-unterstützten Management von Wasser-Extremereignissen im urbanen Raum" zur Fördermaßnahme „Wasser-Extremereignisse (WaX)" im Rahmen des Bundesprogramms „Wasser: N". Wasser: N ist Teil der BMBF-Strategie „Forschung für Nachhaltigkeit (FONA).