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Proof of Concept mit der Deutschen Bahn: geomer legt Anwendungskonzept zur Vorsorge und Warnungen bei Flusshochwasser und Starkregen vor

geomer hat gemeinsam mit der Deutschen Bahn (DB) im Rahmen des Startup-Programms der DB mindbox einen Proof of Concept (PoC) zur Stärkung der Klimaresilienz entwickelt. Die PoC-Anwendung besteht aus zwei Komponenten: Im Vorsorgemodus zeigt die Applikation Infrastruktur und Gebiete an, die von Starkregenereignissen und Flusshochwasser potenziell betroffen sind. Im Warnmodus lokalisiert die Applikation bis zu 48 Stunden im Voraus Netzabschnitte, Gebäude und sonstige DB Anlagen, die von Starkregen akut gefährdet sind. Damit können Vorsorgemaßnahmen langfristig weiter ausgebaut und zielgenau sowie proaktiv auf drohende Gefahren kurzfristig reagiert werden.

Flusshochwasser und Starkregenereignisse stellen eine potenzielle Gefahr für die rotschattierten Streckenabschnitte im Kartenausschnitt dar, wie die PoC-Applikation im Vorsorgemodus zeigt. Im PoC Untersuchungsgebiet (Korridor ICE-Strecke Köln-Dortmund) sind je nach Starkregenszenario zwischen 30 und 65% des Streckennetzes potenziell betroffen. Deutschlandweit sind rund 8.000 km Schienennetz potenziell durch Flusshochwasser gefährdet.
Schon ein schwächeres und häufiger zu erwartendes Starkregenszenario sorgt weitab von Gewässern für Überschwemmungen, wie hier anhand der modellierten Überschwemmungsflächen in den Blauschattierungen zu sehen ist. Auch einzelne Streckenabschnitte sind dann betroffen. Auf Basis des Vorsorgemodus können langfristige Maßnahmen ergriffen werden, die Menschen und Infrastruktur schützen und die Betriebskontinuität stärken.
Durch räumlich hochaufgelöste Niederschlagsmengenvorhersagen lassen sich mehrere Stunden vor einem Starkregenereignis betroffene hydrologische Einzugsgebiete und Bahninfrastruktur lokalisieren und anhand von vorsimulierten Starkregenszenarien die zu erwartende Überflutungshöhe in Anhängigkeit zur vorhergesagten Niederschlagsintensität bestimmen, wie hier innerhalb eines Testdurchlauf im Warnmodus dargestellt.
Im Warnmodus sehen Nutzer:innen schon im Vorfeld eines drohenden Starkregens, welche Infrastrukturelemente in welchem Maß betroffen sind. Über die Kartenapplikation können weiterführende Informationen für einzelne Elemente abgefragt werden. Die Daten liegen auch für einen automatisierten Informationsaustausch vor. Damit kann zielgenau und proaktiv auf drohende Gefahren kurzfristig reagiert werden.

Im Rahmen des DB mindbox Programms Future of Operation and Maintenance (FOM 22) hat geomer innerhalb von 100 Tagen durch einen PoC gezeigt, dass eine Stärkung der Klimaresilienz möglich ist. Dazu hat geomer eine Anwendung entwickelt, die in allen Phasen des Katastrophenrisikomanagement eine wertvolle und zuverlässige Entscheidungs- und Handlungsgrundlage darstellt. Über das ganze Programm hinweg standen die Starkregen-, Hochwasser- und Geoinformatikexperten der geomer GmbH im engen fachlichen Austausch mit den entsprechenden Fachbereichen der DB und der DB mindbox. Die datengetriebene PoC-Anwendung greift auf fünf von geomer vorsimulierte Starkregenszenarien und den Hochwassergefahrenkarten der 16 Bundesländer zurück. Durch räumliche Verschneidung mit aufbereiteten und frei verfügbaren Bahninfrastrukturdaten werden Risikobereiche identifiziert, die von Flusshochwasser und Starkregen betroffen sind. Die DB kann damit zielgenau Vorsorgemaßnahmen initiieren, die die Sicherheit für Reisende und Angestellte erhöht sowie Schäden an Infrastruktur mindern oder gar verhindern hilft. Die Starkregenszenarien berücksichtigen hydrologische Einzugsgebiete, Bodenbeschaffenheiten, jahreszeitliche Aspekte und basieren auf einem hochaufgelöstem Geländemodell. Fließwege und Fließverhalten wurden durch die hydrodynamische  Modellierungssoftware FloodAreaHPC  berechnet.

Durch fortschrittliche Niederschlagsmengenprognosen werden innerhalb der Applikation in Echtzeit auf Basis der vorsimulierten Starkregenszenarien und eines intelligenten Algorithmus Streckenabschnitte, Gebäude und weitere Infrastrukturobjekte zielgenau lokalisiert, die durch ein drohendes Unwetter betroffen sind. Das verbessert die Reaktionszeit und dient als Grundlage für kurzfristige Handlungen.

„Die zwei Anwendungskomponenten „Vorsorge“ und „Warnungen“  stellen ein Kombiwerkzeug dar, das über den gesamten Desaster-Management Zyklus Anwendung findet: Nutzer:innen gewinnen zu Vorsorgezwecken einen Überblick, welche Gebiete und Infrastrukturobjekte einer Gefahr durch Starkregen und Hochwasser ausgesetzt sind. Damit lassen sich, zielgenau Maßnahmenbereiche zum Schutz der <s>-</s>Infrastruktur ableiten und Ertüchtigungen umsetzen. Zudem zeigt die  Anwendung in Echtzeit die Auswirkung von drohenden Starkregenereignissen auf die Bahninfrastruktur zielgenau an, um lokale Maßnahmen auszulösen“, so Dr. Stefan Jäger, Projektleiter geomer. Die Ergebnisse des PoC sind über eine intuitiv zu benutzende Weboberfläche visualisierbar, liegen für einen automatisierten Informationsaustausch vor und können auch in bestehende Systeme der DB nahtlos integriert werden.