Früh­warn­system der RWTH„Die meisten unter­schätzen die Macht des Wassers“

Julian Hofmann von der RWTH will alle Bürger:innen warnen, wenn eine Über­flu­tung bevor­steht. Darum entwi­ckeln er und sein Team für Aachen jetzt das modernste Früh­warn­system der Welt.

Julian, du arbei­test an einer Technik, die Aachens Bewohner vor einer Über­flu­tung warnen soll. Wie hoch ist denn die Gefahr, dass Aachen über­flutet wird?

Bei unserem Früh­warn­system geht es um Über­flu­tungen durch Stark­regen. Wenn so ein Stark­regen zu heftig wird, über­for­dert er die Kana­li­sa­tion und flutet jede Stadt, natür­lich auch Aachen. Viele werden sich noch an den Mai 2018 erin­nern, als es mittags inner­halb von nur einer Stunde rund 40 bis 50 Liter pro Quadrat­meter runter­reg­nete – ich jeden­falls erin­nere mich gut: Die ganze Innen­stadt war über­schwemmt, Keller liefen voll. Wir gehen davon aus, dass so etwas wegen des Klima­wan­dels häufiger passieren wird.

Wie funk­tio­niert deine Vorher­sage?

Wir haben am Computer ein sehr genaues drei­di­men­sio­nales Modell von Aachen gebaut. Für jeden Quadrat­meter kennen wir die Eigen­schaften: die Art des Bodens – zum Beispiel Asphalt oder Wiese –, ob dort ein Gebäude steht oder nicht, wie die Gefälle liegen und wo alle unter­ir­di­schen Kanäle verlaufen. Damit können wir genau berechnen, wohin das Regen­wasser wie schnell fließt und wo es sich sammelt.

Im Früh­jahr 2018 über­flu­tete ein Stark­regen Teile von Aachen. Wegen des Klima­wan­dels wird das wahr­schein­lich öfter passieren. | Foto: picture alli­ance / Ralf Roeger/dmp press/dpa

Aber dazu musst du doch schon vorher wissen, wohin genau der Regen fällt.

Seit kurzem steht in der Pascal­straße im Indus­trie­ge­biet auf dem Dach der Firma Kisters ein hoch­auf­lö­sendes soge­nanntes X‑Band-Radar. Das moderne Radar beob­achtet das Wetter und kann mit einer Auflö­sung von 25 mal 25 Metern messen, wie stark es wo regnet. Auf dieser Grund­lage wird eine Nieder­schlags­vor­her­sage für die nächsten ein bis zwei Stunden ermit­telt.

Was bringt es eigent­lich, wenn man zwei Stunden vor dem Stark­regen gewarnt wird?

Das ist vor allem eine Hilfe für die Polizei und die Feuer­wehr. Wenn die wissen, welche Straßen und Unter­füh­rungen über­schwemmt werden, können sie diese vorher absperren. Viel­leicht muss ein Kran­ken­haus evaku­iert werden. Oder es droht ein Strom­aus­fall, weil bald Umspann­werke oder Trans­for­ma­tor­sta­tionen unter Wasser stehen. Es ist auf jeden Fall gut, wenn man sich auf so ein Ereignis vorbe­reiten kann. Bürge­rinnen und Bürgern hilft es auch, wenn sie wissen, wo es in einer Stunde eine Über­schwem­mung geben wird. Du könn­test zum Beispiel noch dein Auto an einen sicheren Ort umparken.

„Wir können fast auf den Meter genau vorher­sagen, wie stark es wo Über­schwem­mungen geben wird“

Julian Hofmann, Wasser­bau­in­ge­nieur

Was soll ich eigent­lich tun, wenn ein Stark­regen die Stadt flutet?

Die meisten unter­schätzen die Macht des Wassers und die Kraft der Strö­mung. Wenn eine Straße über­flutet ist: Fahr dort nicht mit dem Auto. Und über­quer sie auch nicht zu Fuß. Das ist zu gefähr­lich. Zum Beispiel können die Wasser­massen Kanal­de­ckel heben und sie wegs­pülen. Bei Flut kann man aber das Loch vom Kanal nicht sehen. Menschen sind schon in über­flu­tete Kanal­rohre gerutscht und ertrunken. Bleib also lieber weg vom Wasser, wenn es geht. Und Keller sollte man eben­falls meiden. Wenn dort Wasser eindringt, drohen Strom­schläge.

Wie werde ich in Zukunft gewarnt, wenn so eine Sturz­flut bevor­steht? Bekomme ich dann eine Mittei­lung aufs Handy?

Ja, viel­leicht. Denkbar wäre eine Smart­phone-Warnung oder eine Warnung an alle Navis für Auto­fahrer oder ein Hinweis auf elek­tro­ni­schen Verkehrs­zei­chen. Und klas­si­sche Methoden wie Sirenen oder Radio­durch­sagen. Wir wollen auf jeden Fall alle Rettungs­kräfte wie Feuer­wehr, Polizei und Tech­ni­sches Hilfs­werk direkt warnen. Aber natür­lich auch die Bevöl­ke­rung. Wie genau diese Warnungen aussehen werden, klären wir später. Derzeit arbeiten wir daran, dass eine Vorher­sage über­haupt gelingt.

Warum gibt es so eine punkt­ge­naue Über­flu­tungs­vor­her­sage nicht schon längst?

Das liegt an der hohen Rechen­zeit: Beim 3D-Modell für Aachen berechnet der Computer Inter­ak­tionen in über mehreren 100 Millionen soge­nannter Zellen gleich­zeitig. Heute haben wir bessere Computer als früher. Doch selbst schnelle Computer brau­chen für so eine Rech­nung zwei Tage. Das ist im Ernst­fall natür­lich zu langsam. Aber wir haben einen Trick.

„Über­flu­tung durch Stark­regen wird es immer häufiger geben.“

Julian Hofmannn, Wasser­bau­in­ge­nieur
Julian Hofmann ist Wasser­bau­in­ge­nieur und Wissen­schaftler an der RWTH Aachen. In seiner Doktor­ar­beit entwi­ckelte er die Idee für das Früh­warn­system. Jetzt leitet er das Forschungs­pro­jekt dazu.

Was für einen Trick?

Künst­liche Intel­li­genz. Wir haben den Computer so program­miert, dass er lernen kann. Er wird sozu­sagen auf Grund­lage von Ergeb­nissen der Über­flu­tungs­si­mu­la­tionen trai­niert. Die künst­liche Intel­li­genz rechnet über Monate hinweg alle mögli­chen Szena­rien durch. Und wenn dann tatsäch­lich ein Stark­regen bevor­steht, greift sie auf das Gelernte zurück. Auf diese Weise verkürzen wir die Rechen­zeit auf wenige Sekunden.

Wann ist dein Warn­system einsatz­be­reit?

Ich denke, in zwei bis drei Jahren haben wir einen Prototyp. Wir hoffen, dass wir ihn bis dahin testen können, wenn wieder ein Stark­regen auf Aachen nieder­geht. Bevor wir die Menschen warnen, wollen wir ganz sicher sein, dass das System funk­tio­niert. Denn wenn wir warnen und es passiert dann nichts, nimmt uns das nächste Mal keiner mehr ernst.


Bere­chen­bare Flut

Drei typi­sche Szena­rien bei einem Stark­regen, für die das System sofort berechnen kann, wo sie in der Stadt auftreten werden.

Bei hoher Fließ­ge­schwin­dig­keit rauscht das Wasser einfach über Kanal­de­ckel (1) hinweg und sammelt sich in nach­ge­la­gerten Vertie­fungen (2).

Über­flu­tungen passieren auch aus dem Unter­grund: Wenn die Kana­li­sa­tion an einer Stelle (1) beson­ders viel Wasser aufnimmt, sammelt es sich weiter unten im Kanal (2) und drückt durch die Schächte nach oben.

Illus­tra­tion: Florian Burk­hardt, Gernot Walter

Auch wenn die Über­flu­tung in manchen Berei­chen harmlos ist oder schon zurück­geht (1), können tief­lie­gende Bereiche wie etwa Unter­füh­rungen für Fußgänger oder Verkehr kritisch sein (2).


Das Früh­warn­pro­jekt

In Aachen entsteht das erste Echt­zeit-Warn­system bei Stark­regen. Das Institut für Wasserbau und Wasser­wirt­schaft (IWW) unter Professor Holger Schüttrumpf leitet das Projekt ISRV (Intel­li­gente stark­re­gen­be­dingte Über­flu­tungs­ri­si­ko­war­nung im Verkehrs­sektor).

Projekt­partner sind die Aachener Firmen Kisters AG, 4traffic und Schwie­te­ring Inge­nieure GmbH. Das Bundes­ver­kehrs­mi­nis­te­rium unter­stützt die Forschung.


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