Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.
FgHW-Lunchbreak-Session
Mittwoch, 17.04.2024 13:00 - 14:00 Uhr
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)
Die Lunchbreak Sessions sind ein kostenfreies Angebot und werden per Zoom als Videokonferenzen vom Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft der RPTU Kaiserslautern-Landau realisiert. Anmeldungen für die einzelnen Vorträge sind hier möglich. :https://bauing.rptu.de/ags/wasserbau/veranstaltungen/fghw-lunchbreak-sessions-2024
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.
Das Programm finden Sie hier.
Anmelde-Link: https://www.conftool.org/tdh2024/