KI-gestützte Modellsysteme zur Berechnung von 2D-Überflutungsprozessen in Echtzeit
Dr.-Ing. Julian Hofmann (RWTH Aachen University)
Kurzfassung zum Fachthema
Vor dem Hintergrund zunehmender Extremwetterlagen stellen Starkregenereignisse und dadurch ausgelöste Sturzfluten ein signifikant steigendes Risiko für unsere Gesellschaft dar. Sturzfluten können kurzfristig und nahezu überall, sowohl an kleinen Gewässern als auch fernab von diesen, enorme Zerstörung hervorrufen. Aktuelle Hochwasservorhersagesysteme beschränken sich auf Prognosen von Abflüssen oder Pegelständen, da die raumzeitliche Echtzeitberechnung der zweidimensionalen (2D) Überflutungsausbreitungen weiterhin als sehr große Herausforderung gilt. Hydraulische Überflutungsmodelle scheitern am immanenten Rechenzeitproblem: Sie basieren auf physikalisch-basierten Simulationsverfahren und stellen extreme Anforderungen an Rechensysteme. Eine Echtzeitkopplung mit Niederschlagsvorhersagesystemen ist auf Grundlage dieser Modelle für den operationellen Einsatz und die Entscheidungsfindung im Hochwasserrisikomanagement.
Obwohl bereits erste Ansätze für lokale, sensorbasierte Starkregenwarnsysteme entwickelt wurden, mangelt es weiterhin an flächendeckenden Informationsinstrumenten, die schnelle fundierte Vorhersagen der 2D-Auswirkungen von Starkregenereignissen ermöglichen. Zwar existieren statische Starkregengefahrenkarten, diese ermöglichen jedoch weder die dynamische Evaluierung variabler Szenarien noch die Wirksamkeit von Maßnahmen. In der Konsequenz fehlt es heute an echtzeitfähigen und skalierbaren Systemen zur Überflutungsprognose und für ein effektives Ereignismanagement.
Jüngste Entwicklungen der Künstlichen Intelligenz (KI) und Deep Learning (DL) bieten neue, vielversprechende Möglichkeiten zur Entwicklung intelligenter Hochwassermodelle zur Berechnung von 2D-Überflutungen in Echtzeit. Neue DL-Architekturen sind dazu in der Lage die hochgradig nicht-linearen und komplexen Beziehungen zwischen Niederschlags- und flächenhaften Abflussprozessen zu erlenen und abzubilden. Um dem Problem der Vorhersagbarkeit von Überflutungsereignissen auch außerhalb des Bereichs bekannter Extremereignisse entgegenzugehen, werden die KI-Modelle mit Hilfe 2D-hydrodynamisch-numerischer Modelle trainiert. Als Trainingsgrundlage werden historische und synthetische Niederschlagsszenarien generiert und zusammen mit deren hydrodynamischen Auswirkungen verwendet. Trainierte KI-Modelle zeigen im Vergleich zu hydrodynamischen Modellen eine hohe Modellgüte und Beschleunigungsfaktoren im Bereich von 10^6. Neben einer operationalen Anwendung im Bereich der Hochwasservorhersage ergeben sich vielfältige Anwendungszwecke im Bereich der Risikoanalyse und Training von Einsatzkräften. Der Vortrag von Julian Hofmann gibt einen Einblick in die Funktionsweise neuer KI-Algorithmen zur Überflutungsvorhersage und die Möglichkeiten und Grenzen solcher Systeme.
Kurzinfo zum Referenten
Herr Dr.-Ing. Julian Hofmann absolvierte sein Studium im Bauingenieurwesen an der RWTH Aachen Universität mit der Vertiefungsrichtung konstruktiver Wasserbau. Anschließend war er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der RWTH Aachen tätig. März 2022 schloss er seine Promotion mit dem Thema „Intelligent and Risk-based Early Warning System for Pluvial Floods“ ab. Seit Mai 2023 leitet Julian Hofmann eine neue Forschungsgruppe im Bereich Hochwasservorhersage und Frühwarnung am Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft. Im Dezember 2023 gründete er mit zwei Kolleg*innen das Start-Up „FloodWaive“, welches sich mit der Entwicklung neuer intelligenter Hochwassermodelle und Risikoanalysesysteme.
Koordination der Anmeldungen durch den Leiter der FgHW Univ.-Prof. Dr. Robert Jüpner, Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern (RPTU)
Angesprochen sind alle Interessierten aus Wissenschaft und Praxis. Sie sind herzlich eingeladen. Wir freuen uns auf interessante Diskussionen!
Bitte informieren Sie sich im folgenden Terminkalender über unsere Themen und melden sich verbindlich an. Die virtuellen Zugangsdaten werden wir Ihnen rechtzeitig per E-Mail übermitteln. Wir freuen uns auf Ihre Teilnahme!
Tag der Hydrologie 2024 – Programm
Eine wichtige „Börse“ für den Austausch und den Erkenntnisgewinn ist der Tag der Hydrologie, der nächstes Jahr zum 25. Mal ausgerichtet wird. Traditionell wird dieses wichtige Treffen der Expertinnen und Experten des Wasserfachs von Jahr zu Jahr von wechselnden wissenschaftlichen Institutionen durchgeführt. Vom 19.– 21. März 2024 laden die Universitäten FU, TU & HU Berlin die Community gemeinsam unter dem Motto „Hydrologie im Anthropozän" herzlich ein, an einer erfolgreichen Veranstaltung mitzuwirken!
Die Konferenz widmet sich in vier Themenfeldern den vielfältigen Beziehungen, Abhängigkeiten und Wechselwirkungen von Hydrologie und Mensch, Stadt, Ökologie und Technik. Der Tag der Hydrologie wendet sich mit seinen Inhalten an Interessierte aus Forschung und Lehre, Vertreter/-innen von Interessengruppen aus dem gesamten Bereich der Wasserwirtschaft, Mitarbeiter/-innen der Wasserwirtschafts- und Umweltverwaltungen sowie an Ingenieur/-innen, Naturwissenschaftler/-innen aus dem Planungs- und Betriebsbereich wasserwirtschaftlicher Anlagen. Wie immer wird ausgiebig Gelegenheit für den persönlichen Austausch geboten. Der Tag der Hydrologie wird über die FgHW bei der Ingenieurkammer Bau NRW angemeldet und dort mit Fortbildungspunkten anerkannt.
Siegfried Dyck – Preis der FgHW zur Förderung des Wissenstransfers
Eines der Ziele der Fachgemeinschaft Hydrologische Wissenschaften (FgHW) ist es, den fachlichen Transfer von der Wissenschaft in die Praxis im Bereich der Hydrologie in besonderem Maße zu fördern. Auf dieser Grundlage lobt die FgHW einen Preis für sehr gute Arbeiten in Forschung und Lehre aus, die in der Praxis Anwendung finden.
Die FgHW widmet ihren Wissens-Transferpreis Herrn Prof. Dr.-Ing. Siegfried Dyck (*3. August 1926 in Landsberg/Warthe; †23. März 2017 in Dresden). Nach dem Studium des Bauingenieurwesens mit der Vertiefung Wasserbau und Promotion an der TH Dresden übernahm er zunächst im Institut für Wasserwirtschaft (IfW) in Berlin die Leitung der Abteilung "Hydrologie und Wassermengenwirtschaft". Ab 1967 war Herr Professor Dyck Gründungsmitglied der Dresdener Schule der Hydrologie. Besonders prägte er den interdisziplinären Ansatz. Dies war bis weit in die 1970er Jahre hinein in Deutschland einzigartig.
Auch international erfuhr seine Arbeit höchste Wertschätzung. Er war Präsident der International Commission for Water Resources Systems,und 1987 bis 1991 gewählter erster Vizepräsident der IAHS (International Association of Hydrological Sciences). Darüber hinaus übernahm er Tätigkeiten in der IHD (Internationale Hydrologische Dekade 1965 bis 1974) und im IHP (Internationales Hydrologisches Programm) der UNESCO sowie im OHP (Operationelles Hydrologisches Programm) der WMO (World Meteorological Organisation). 1992 verlieh ihm die IAHS den International Hydrology Price.
Die FgHW möchte mit der Widmung dieses Preises das Lebenswerk von Herrn Professor Dyck ehren und seine Leistungen für die Community der Hydrologen in bestem Gedenken bewahren.
Mit dem Siegfried-Dyck-Preis sollen herausragende Arbeiten in Forschung und Lehre prämiert werden, die nachweislich einen besonderen Beitrag zur Weiterentwicklung oder Anwendung hydrologischer Methoden und Verfahren in der Praxis leisten. Der Preis wird nur an im aktiven Berufsleben stehende Hydrologinnen und Hydrologen vergeben. Er ist mit 2.500 EUR dotiert und soll in geeigneter Weise die Fortsetzung laufender Arbeiten unterstützen.
Bewerbungen sind an die FgHW-Geschäftsstelle zu richten (barion@dwa.de). Die Bewerbung sollte einen kurzen Lebenslauf und die Beschreibung der zu würdigenden Arbeit beinhalten. Selbstbewerbungen sind möglich. Die Preisträger sind aufgerufen, eine Beschreibung Ihrer Arbeit in der Zeitschrift Korrespondenz Wasserwirtschaft zu veröffentlichen.
Unsere Webseite nutzt ausschließlich Cookies, die zum Betrieb der Webseite notwendig sind. Weitere Informationen zu Cookies finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.
Anbieter: Google Ireland Ltd., Gordon House, Barrow Street, Dublin 4, Ireland
Speicherdauer: Hier können Sie mehr über die Speicherdauer des Cookies erfahren https://policies.google.com/privacy.