ZIM-Erfolgsbeispiel: System zur Deichbruchsimulation hilft Katastrophen zu begegnen

Das vom ZIM (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) geförderte Projekt „Operative Datenerfassung und Simulation von Deichbrüchen“ zählt seit Kurzem zu den ZIM-Erfolgsbeispielen. Die Kooperationspartner geomer und die TU Kaiserslautern haben ein System zur hydrodynamischen Simulation von Deichbrüchen geschaffen: Drohnen liefern wertvolle Daten, mit denen mittels High-Performance-Computing in Echtzeit Überflutungen infolge von Deichbrüchen simuliert und abgeschätzt werden können. Die visuelle Benutzeroberfläche ermöglicht dem Katastrophenmanagement eine realitätsnahe Beurteilung der aktuellen Lage und die Vorausabschätzung von Überflutungssituationen.

Zeitnahe und präzise Informationen über die aktuelle und zu erwartende Überflutungssituation sind für das Katastrophenmanagement essenziell, um notwendige Schutzmaßnahmen zu koordinieren. Speziell im Falle eines Deichbruchs sind die Größe der Bresche und die Wassermenge, die ins Hinterland strömt, mit konventionellen Methoden meist nur unzureichend bestimmbar.

In dem ZIM-Kooperationsprojekt verfolgten die geomer GmbH und die Technische Universität Kaiserslautern das Ziel, bisherige Methoden der Informationsverarbeitung zur Abschätzung von Überflutungsentwicklungen bei Deichbrüchen signifikant zu verbessern.

Die Forschungsarbeiten der universitären Vermessungsspezialisten des Fachbereichs Bauingenieurwesen waren darauf gerichtet, unter Nutzung von Drohnen und schwimmenden Testkörpern relevante Eingangsdaten in bisher unerreichter Qualität zu erfassen und in Echtzeit für die Simulation von Deichbrüchen bereitzustellen. Die mit Kameras bestückten Drohnen liefern hochaufgelöste Videodaten für die Ermittlung der Geometrie von Deichbrüchen sowie für die Bestimmung von Fließverhältnissen und -geschwindigkeiten mittels Tracking der Schwimmkörper. Mit Hilfe numerischer Verfahren konnten die durch Wind und Ausgleichsbewegungen der Drohne hervorgerufenen Verfälschungen der Messergebnisse deutlich reduziert werden.

Aufgabe der geomer GmbH war es, auf Basis der bereitgestellten Daten mit High-Performance-Simulationswerkzeugen ereignisspezifische hydrodynamische Modellierungen zu entwickeln, die eine realitätsnahe Abschätzung zulassen, welche Flächen bei Ereigniseintritt zu welchem Zeitpunkt und in welchem Ausmaß von der Überflutung betroffen sein werden. Resultat der gemeinsamen Entwicklung ist ein auf qualitativ hochwertigen Daten gestütztes System zur hydrodynamischen Simulation von Deichbrüchen, die hinsichtlich der zeitlichen und räumlichen Genauigkeit bisher verfügbare Lösungen deutlich übertrifft.

Foto: Prof. Dr. Robert Jüpner

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