Forschungsvorhaben RIWWER geht an den Start

Hochwasser- und Umweltschutz mit digitalisierten und KI-gestützten Abwassersystemen in Duisburg

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz hat den Startschuss für das Forschungsvorhaben RIWWER (Reduction of the Impact of untreated WasteWater on the Environment in case of torrential Rain) gegeben.

Ein Team aus Forschung, angewandter Wissenschaft, lokal, global agierenden Unternehmen sowie weiteren öffentlichen Partnern bilden ein starkes Fundament für ein erfolgreiches Vorhaben im Bereich des langfristigen Schutzes vor Wasserschäden und Umweltverschmutzung in Flüssen wie dem Rhein oder der Ruhr. Mit Hilfe eines digitalisierten Netzes und KI-gestützter Überwachung können humanitäre und klimatische Katastrophen eingedämmt werden. Das Vorhaben hat eine Laufzeit von drei Jahren und umfasst eine Gesamtvolumen von 4,1 Millionen Euro.

Überbelastung durch Hochwasser

Ein Abwassersystem ist ähnlich wie das deutsche Autobahnnetz – hoch komplex und von vielen Abbiegungen, Verzweigungen und Kreuzungen auf den Wasserwegen durchzogen. Wie im Autobahnnetz können im Abwassersystem bei Überlastung Staus in einigen Teilen der Rohre entstehen, obwohl andere Teile unseres Kanalnetzes noch freie Kapazitäten besitzen. Eine solche Überbelastung entsteht insbesondere dann, wenn Starkregenereignisse oder Hochwasser zum Beispiel durch eine intensive Schneeschmelze im Winter unsere Flüsse belasten. Die entstehenden Wasserstaus im System führen dazu, dass an anderen Stellen Regenrückhaltebecken oder Straßen überflutet werden. In letzter Konsequenz gelangt ungeklärtes Abwasser in die Flüsse. "Der Klimawandel ist bereits jetzt mit Extremwetterereignissen erkennbar und unser Abwassersystem, das zu den kritischen Infrastrukturen gehört, muss für Extremwetterbedingungen resilienter gemacht werden.", so Dr. Gerd vom Bögel, Projektleiter RIWWER. »Wir vom Fraunhofer IMS freuen uns als Projektleitung bei RIWWER unseren Beitrag zu leisten. Mit unseren Sensorsystemen, einer robusten und sicheren Kommunikation, soliden Energieversorgungsstrategien sowie einer intelligenten Datenverarbeitung mit Hilfe von KI unterstützen wir ein intelligentes Abwassersystem in Duisburg.«, stellt der stellvertretender Abteilungsleiter des Geschäftsfelds Industry vom Fraunhofer IMS fest.

Negative Konsequenzen

Die Folgen des Austritts von ungeklärtem Abwasser sind für Ökonomie, Ökologie und Bürger immens. Schadstoffe beeinträchtigen den Lebensraum der Flora und Fauna. Fischsterben, das zuletzt an der Oder in Polen und Brandenburg aufgetreten ist, ist eine der zu vermeidende Langzeitfolge. Aber auch für die Menschen sind die negativen Konsequenzen immens. Keller laufen mit Wasser voll und richten existenzbedrohende Schäden an. Zudem steigen temporär die Kosten für die kommunale Wasserversorgung. Auch für die Industrie stellen Überflutungen eine Gefahr dar. Logistikketten werden beeinträchtigt und Produktionsausfälle werden verzeichnet. Zudem drohen Unternehmen hohe Strafen, wenn ihr ungeklärtes Abwasser in unsere Flüsse und Kanäle gelangt.
"Die Stadt Duisburg unterstützt das Vorhaben und begrüßt die Zielsetzung, ein größeres Verständnis über das Abwassersystem der Wirtschaftsbetriebe Duisburg zu erlangen, um Überflutungen zu vermeiden und die Wassermengen effizienter durch das Kanalnetz zu lenken", sagt Matthias Börger, Beigeordneter der Stadt Duisburg.

KI-gesteuerte Verteilung

Dafür ist es notwendig, das Kanalsystem besser zu verstehen. Im richtigen Moment sollen sich unterirdisch Wasserschleusen öffnen und schließen können oder an anderen Stellen Wasser aus dem System in Regenrückhaltebecken pumpen. Um dies zu ermöglichen, werden im Projekt RIWWER wichtige Stellen im kommunalen Abwassersystem im ersten Schritt digitalisiert. Anschließend können die Wassermengen bei Regen und Starkregen mit Hilfe einer dezentralen und KI-gesteuerten Verteilung im Kanalsystem und Regenbecken verteilt werden. Dadurch werden die Schadstoffeintragungen in die Umwelt minimiert. Dies geschieht durch intelligentes und vorausschauendes Verteilen der Wassermengen und eine KI-basierte Entscheidungsunterstützung für Kanalbetreiber. Analoge Mess- und Steuerstellen werden in einen in Echtzeit überwachten, automatisierten Betrieb überführt, der in Zukunft im Regelbetrieb die Umwelt weniger belastet und die Umweltauswirkungen bei Starkregen durch KI-gestützte Regelungen der Kanal- und Überlaufbecken minimiert. »Gerne unterstützen wir dieses Projekt und stellen unsere Kanäle und die Kläranlage in Duisburg-Vierlinden für diesen Zweck zur Verfügung. Wir denken intensiv über einige Ansätze von KI bei den Wirtschaftsbetrieben nach und bereiten Anwendungsgebiete vor. Dieses Projekt kann dazu ein wertvoller Beitrag im Bereich Abwasser und Umweltschutz sein«, so Uwe Linsen, Vorstand der Wirtschaftsbetriebe Duisburg.

"Positiver Beitrag"

"Durch das Verbundprojekt RIWWER wird die Stadt Duisburg zum Vorbild des ökologisch und ökonomisch nachhaltigen Strukturwandels in der Region.", erläutert Börger. "Der Einsatz moderner digitaler Technologien verbessert dabei langfristig das Leben der Bürgerinnen und Bürger und liefert einen positiven Beitrag für die Gewässerbiozönosen im Rahmen der notwendigen Klimawandelanpassungen urbaner Räume in Duisburg und der Region". Alle Projektmitglieder trafen sich am Klärwerk in Vierlinden zu einer ersten Fahrplanbesprechung und stellte das Projekt der Öffentlichkeit vor. Zu den Projektmitgliedern zählen die Stadt Duisburg, die Wirtschaftsbetriebe Duisburg, das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS, die Universität Duisburg-Essen, die Firma Krohne aus Duisburg sowie HST aus Meschede, der Verein Deutscher Ingenieure (VDI e.V.), das Technologie- und Innovationsmanagement (TIM) der RWTH Aachen, das Start-up Okeanos aus Bochum sowie die Berliner Hochschule für Technik BHT.