IoT-basierte, kommunale Hochwasserwarnungen

Extremwetterereignisse führen immer häufiger zu Überflutungen. Hochwasser entsteht vorrangig bei Niederschlag über einen längeren Zeitraum (Dauerregen), da Gewässer durch mehrere Zuflüsse nach und nach gespeist werden und dadurch Überflutungen entstehen. Die Art und Weise, wie vor einem Hochwasser gewarnt werden soll, ist nach landesrechtlichen Vorschriften geregelt. Die recht allgemein beschriebenen Begriffsbestimmungen der landesrechtlichen Vorschriften lassen Spielraum zur Ausgestaltung der Warnung. So wird vielfach pegelbasiert Hochwasser gemeldet. Ein Fokus liegt dabei auf größeren Gewässern (Gewässer 1. Ordnung, z. B. Rhein, Weser, Ems). Kleinere bis mittlere Gewässer (2. und 3. Ordnung) werden nicht oder selten in landesweiten Hochwassermeldesystemen berücksichtigt. 

Eine Meldung beruht dabei in der Regel auf der Bewertung der aktuellen Situation des Pegelstandes. Wird ein definierter Schwellwert überschritten, wird eine Hochwassermeldung ausgesprochen. Kommunen äußern zunehmend den Wunsch, Hochwassergefahren kleinräumig zu betrachten, um lokale Gegebenheiten stärker zu berücksichtigen und insbesondere Gewässer 2. und 3. Ordnung zu überwachen, da diese bei Stark- und Dauerregen besonders schnell ansteigen. Daher bestehen immer mehr Bestrebungen vieler Kommunen eigene Informations- bzw. Warnsysteme zu etablieren. Bisher existieren dort allerdings viele kleinere Insellösungen in Form von unterschiedlichen Vorgehensweisen und keine ganzheitlichen einheitlichen Lösungen, die tatsächlich zuverlässige Warnungen aussprechen.

Um zu vermeiden, dass jede Kommune eine eigene Lösung entwickelt, sollten einheitliche Vorgehensweisen zum Aufbau eines kleinräumigen Hochwasserwarnsystems etabliert werden. Dies war der Anlass, ein Konzept für ein einheitliches Vorgehen zur Pilotierung eines kleinräumigen, IoT-basierten Hochwasserwarnsystems zu entwickeln. Ein Vorteil eines kleinräumig angelegten Sensornetzes besteht darin, dass Ursachen und Wirkungen innerhalb der Kommune besser miteinander in Verbindung gebracht werden können. Das Konzept sieht ein 3-stufiges Vorgehen vor: 

1. Stufe: Aufbau eines Hochwasserinformationssystems, 

2. Stufe: Analyse von Ursachen und Auswirkungen von Hochwasser, 

3. Stufe: Ausbau zu einem vollständigen Hochwasserwarnsystem. 

Im ersten Schritt sind Warnungen basierend auf Schwellwertüberschreitungen möglich. Langfristig sollen Lösungen entwickelt werden, die Hochwasserwarnungen basierend auf Prognosen ermöglichen. Die zentrale Forschungsfrage ist hier, inwieweit bisherige Prognosemodelle durch kleinräumige Daten (dynamisch und statisch) verbessert werden können. Insbesondere Fortschritte in Deep-Learning Methoden versprechen höhere Genauigkeiten bei der Hochwasservorhersage.