Wege von Wassermassen mit KI vorhersagen

Auch wir in Deutschland kennen die Bilder überfluteter Keller und weggespülter Straßen aus den vergangenen Jahren. Die katastrophalen Überschwemmungen sind meistens die Folgen von Flusshochwasser, also von über die Ufer getretener Gewässer.

Hangwasser: das unbekannte Risiko

Darüber hinaus gibt es noch eine weitere Gefahr, die in der Öffentlichkeit weit weniger bekannt und wahrgenommen ist: das Hangwasser.

Darunter versteht man Starkregen, der über Oberflächen hangabwärts abfließt und wenig Rücksicht darauf nimmt, ob sich Gebäude auf seinem Weg befinden. Gerade in engen Flusstälern, wie zum Beispiel dem Ahrtal oder auch dem Neckartal verstärkt Hangwasser das kurzfristig enorme Ansteigen der Flusspegel.

Die Feuerwehren und das Technische Hilfswerk kennen diese Gefahr aus vergangenen Ereignissen nur zu gut. Binnen kürzester Zeit entstehen laut deren Aussagen aus der Wirkung des von Hängen abfließenden Wassers enorme Wassermengen, die der Boden oder das Kanalsystem nicht mehr aufnehmen kann. Die Folgen sind klein- oder großräumige Überflutungen, die extrem schwer vorauszuberechnen sind.

Starkregen-Vorhersagen sind schwierig

Die oft lokal begrenzte Zerstörungskraft aus Hangwassereinträgen sei nach Aussagen von Experten aus dem Gebiet des Katastrophenschutzes hauptverantwortlich dafür, dass die dessen Auswirkung nur wenig Aufmerksamkeit erhält.

Im Bereich der „normalen“ Flusshochwässer sind Deutschland und Österreich nach deren Meinung gut aufgestellt. Grund dafür ist eine relativ lange Vorlaufzeit, die man aufgrund von Vorhersagen der Großwetterlage entsprechend konkret einschätzen könne. Somit hat man eine gute Datenlage. Zudem sind für normale Hochwasser die Schutzbauwerke entsprechend dimensioniert.

Bei Starkregenereignissen sei das hingegen nicht im selben Ausmaß der Fall. Durch die klimabedingten Veränderungen des Jetstream sowie das sehr deutlich wärmere Wasser des MIttelmeers entstehen länger stationäre Regenwolken, die zudem deutlich mehr Wasser abregnen.

Dadurch seien Schadensverläufe schwer vorhersehbar. Es gäbe zwar eine Vorwarnzeit, die aber weder lokal noch von den Regenmengen her eine hohe Genauigkeit aufweise. Ferner gäbe es in Mitteleuropa nur eine bisher geringe Routine im Umgang mit der neuen Art derartiger Starkregenereignisse.

Deutlich wird dies aus den Katastrophen der vergangenen Jahre im Ahrtal, im spanischen Valencia, im großen Teil Norditaliens und Zentraleuropa im vergangenen Jahr sowie in Portugal und Spanien zu Beginn des Jahres 2026.

Zwar gäbe es in vielen Fällen so genannten Hangwasserhinweiskarten, auf denen Fließpfade und potenzielle Überschwemmungsflächen eingezeichnet seien. Diese reichen aufgrund verschiedener Einschränkungen wie geringer Auflösung, teilweise fehlender Gebäude oder nicht aufgenommener Geländeveränderungen nur bedingt als Hinweisgeber.

Am Institut für Brandschutztechnik und Sicherheitsforschung, einem Tochterunternehmen der österreichischen BVS, hat man eine Simulationsmethode entwickelt, mit der sich das Risiko für Hangwasserereignisse mit deutlich höherer Detailgenauigkeit abschätzen lässt. Die österreichische Tageszeitung DER STANDARD berichtete am 4. März über diese Entwicklung.

Gefahren für Bauprojekte vorab erkennen

Die Ziele der Methode sollen geplante Bauprojekte unterstützen oder Geländeveränderungen und deren Auswirkungen abschätzen. Die Basis ist ein digitales Modell des Areals, für das man die Gefahrenlage abschätzen möchte. Dieses besteht im Wesentlichen aus einem digitalen Geländemodell, einem Luftbild und dem darüber gelegten Flächenwidmungsplan, Daten zur Oberflächenbeschaffenheit sowie weiteren Informationen wie hydrografischen Daten.

Anschließend wird eine virtuelle Menge Wasser über das Gebiet verteilt und die Simulation berechnet, um zu sehen, wohin dieses genau fließt und wie sich diese Menge auf die Folgen des Hochwassers auswirkt.

Wie die meisten Institute arbeitet das Team des Instituts in der Regel an klar definierten Ereignissen, wie etwa sogenannten HQ100, also 100-jährige Starkregen mit einer Dauer von 30 Minuten.

Eine Besonderheit der Methode ist die Simulation von beliebigen Wassermengen.

Als Resultat erhält man mehrere Informationen, die auch grafisch darstellbar sind, indem sie über das Modell gelegt werden. So lassen sich etwa die Fließpfade potenzieller Wassermengen in Abhängigkeit der jeweiligen Einzugsgebiete farblich codiert anzeigen. Daran könne man erkennen, welche Wassermengen auf das zu untersuchende Areal einwirken.

Des Weiteren errechnet das Modell die Fließgeschwindigkeit. In Kombination mit der Fließtiefe des modellierten Wasserabflusses ergibt sich daraus ein Gesamtbild, aus dem sich die tatsächliche Gefahrenlage realistisch einschätzen lässt.

Die Genauigkeit des Verfahrens läge nach Aussage von Michael Stur, Bereichsleiter Naturgefahrenprävention bei der BVS, im Dezimeterbereich. Dies berichtete er dem STANDARD.

Kleine Hindernisse, große Auswirkungen

Mithilfe dieser Informationen kann ein Bauherr entscheiden, ob er vielleicht die Lage des geplanten Gebäudes verändern möchte oder ob Schutzmaßnahmen reichen.

meinte Stur in dem STANDARD-Interview.

Druckwasserdichte Fenster sind immer eine Option, aber auch ein Verzicht auf Kellerfenster oder zumindest eine Erhöhung der Lichtschächte könne bereits helfen.

Das Modell soll laufend erweitert werden, wie Stur im STANDARD betonte

Ein weiteres Ziel sind Echtzeitprognosen, wie man sie im Bereich der Flusshochwasser bereits kennt. Daraus könnten dann eines Tages Frühwarnsysteme entstehen.

Dieses Beispiel zeigt, wie digitale und KI-unterstützte Methoden dazu beitragen können, die Verläufe und möglichen Folgen von Starkregenereignissen besser vorherzusagen. Damit werden zwar nicht unbedingt die materiellen Schäden reduziert.

Auf die Vorsorge für „Leib und Leben“ der Bewohner betroffener Gebiete hat diese Methode bei Vorwarnungen aber durchaus das Potenzial für eine Risikominderung.

Link:

Der Global Water Report