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Hydrologie

Schutzmaßnahmen in Sekundenschnelle simulieren

Was muss eine Software können, die Hochwasser- und Starkregenereignisse simuliert? Aus der Zusammenarbeit von Hydrologen der TU Wien mit einem Forschungszentrum für Visual Computing ging ein inzwischen vielerorts verwendetes Produkt für den Hochwasserschutz hervor.

Bilder von Überschwemmungen und von nicht versickernden Regenmassen sind inzwischen zur Gewohnheit geworden. Sie führen uns fast im Wochenrhythmus die Notwendigkeit vor Augen, neue Methoden im Umgang mit derartigen Ereignissen zu finden. Hochwasser- und Starkregenereignisse bedeuten eine Herausforderung für die Hydrologie, die Wissenschaft von den Eigenschaften und Erscheinungsformen des Wassers und im Besonderen für Ingenieurhydrologinnen und -hydrologen. „Sie beschäftigen sich mit Hochwasser, Dürren, Einfluss des Klimawandels, aber auch mit Grundwasser, Erosion der Böden, also mit allem, was richtige Entscheidungen in der Wasserwirtschaft unterstützt oder ermöglicht“, sagt Günter Blöschl, Vorstand des Instituts für Ingenieurhydrologie und Wassermengenwirtschaft der TU Wien.

„Es geht nicht nur darum, wo welcher Damm gebaut werden soll, sondern ganz generell darum, wie die Interessen von Natur und Menschen bestmöglich vereinbart werden können.“ Unter diesem Aspekt betreibe man in der Ingenieurhydrologie auch Grundlagenforschung, die im Idealfall mit angewandter Forschung verschränkt werde. Ein solches Anwendungsprojekt war die Entwicklung der Software Visdom, mit der sich Hochwasser- und Starkregenereignisse auf neue Weise und besonders nutzerfreundlich simulieren lassen.

Live eingreifen im Planungsmeeting

Die TU-Hydrologen kooperierten dafür mit Informatikern des Wiener Forschungszentrums VRVis (Zentrum für Virtual Reality und Visualisierung). Ziel war, die für die Ingenieurhydrologie wesentliche Methode der Simulation von Hochwassern mit den Methoden der Visualisierung zusammenzuführen. Das Ergebnis sind Simulationen in bisher nie da gewesener Geschwindigkeit, die deshalb nicht nur zur Prognose und Prävention von Hochwasser eingesetzt werden, sondern auch im Akutfall.

Die hohe Simulationsgeschwindigkeit ermögliche eine interaktive Planung von Maßnahmen, wie sie sonst kaum möglich sei, sagt Jürgen Waser, Leiter der VRVis-Forschungsgruppe für Integrierte Simulation. „Mit Visdom können live neue Ideen und Maßnahmen bereits während eines Planungsmeetings evaluiert werden.“ Wichtig in puncto Nutzerfreundlichkeit sei auch die anschauliche 3-D-Visualisierung on-the-fly, also ohne permanente Speicherung. „Die relevante Information wird damit schnell vermittelt. Das ist insbesondere zur Kommunikation von Risken und geplanten Maßnahmen sehr hilfreich.“ Nutzerinnen und Nutzer haben zudem die Option, in die Simulation einzugreifen und neue Szenarien zu definieren. Sie können Schutzmaßnahmen einfach in die Visualisierung einzeichnen, etwa Schutzbarrieren, Rückhaltebecken oder „blau-grüne Maßnahmen“, um die Versickerungsleistung zu verbessern.

Auch können mehrere Szenarien für ganze Regionen oder Länder in einem einzigen Projekt-Set-up gemanagt werden. Diese Vorteile kommen etwa beim aktuellen Großprojekt zum Tragen – einem Basismodell für den Hochwasserschutz des deutschen Bundeslands Rheinland-Pfalz.

Bei Starkregen in Wien oder Hamburg

Insgesamt setzen bereits 75 Städte und Gemeinden die Software als Entscheidungsgrundlage ein, um Katastrophenschutzpläne zu entwickeln, bauliche Maßnahmen für den Hochwasserschutz zu planen oder Evakuierungspläne zu erstellen. Partner-Ingenieurbüros in Österreich und Deutschland haben etwa Anwendungen für Starkregen im Waldviertel, Graz und Wien sowie für deutsche Großstädte wie Köln und Hamburg umgesetzt. Die TU Wien arbeitet seit Längerem mit dem VRVis zusammen, das von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG subventioniert wird. Die Verbindung zwischen VRVis und der Ingenieurhydrologie habe sich vor mehr als zehn Jahren ergeben, sagt Günter Blöschl, „als ich Zweitbetreuer der Dissertation von Jürgen Waser war“. Aus den Synergien, die dadurch in der Folge entstanden seien, hätten sich zahlreiche praktische Projekte aufgetan, darunter etwa im Auftrag des Landwirtschaftsministeriums für die Berechnung des Hochwasserrisikos für ganz Österreich.

Lexikon

Visual Computing ist ein Oberbegriff für mehrere Disziplinen der Informatik, die sich mit der Erfassung, Verarbeitung, Analyse und Darstellung visueller Informationen (vor allem Bilder und Videos) beschäftigen. Dazu zählen etablierte Disziplinen wie Computergrafik, Bildverarbeitung, Videobearbeitung, aber auch neuere Technologien wie Virtual Reality (VR) oder maschinelles Lernen.

Durch das Zusammenwachsen dieser Disziplinen wurde Visual Computing nach der Jahrtausendwende als Begriff, als Schlüsseltechnologie und auch als Studienfach bedeutsam.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 03.09.2022)