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Steigende Temperaturen, Veränderungen in den Niederschlagsmustern und die Zunahme von Trockenphasen und Dürren beeinflussen den Wasserhaushalt und das verfügbare Wasserdargebot. Hoch- und Niedrigwasserereignisse sowie eine damit einhergehende Schwächung der Ökosysteme werden hierdurch immer häufiger auftreten. Gleichzeitig wird die Vorhersagbarkeit solcher Ereignisse zunehmend schwieriger.
Talsperren erfüllen als Teil der Wasserinfrastruktur vielfältige Ziele wie Niedrigwasseraufhöhung und Hochwasserschutz. Sie sichern in Trockenperioden die Wasserabgabe in die Unterläufe und reduzieren das Überschwemmungsrisiko bei starken Regenfällen. Auch kann das zurückgehaltene Niederschlagswasser zu Trinkwasser aufbereitet und somit potenziell die Grundwasserentnahme zur Trink- und Prozesswasserversorgung zeitweise reduziert werden. Dies schützt den Landschaftswasserhaushalt eines jeweiligen Standortes. Damit sichern sie Ökosystemleistungen und die Bevölkerung vor Auswirkungen von Extremereignissen, während gleichzeitig erneuerbare Energien mittels Wasserkraft erzeugt werden können. Mit Blick auf Klimawandelanpassungen besteht im Speichermanagement eine Großzahl an Synergieoptionen zwischen Hoch- und Niedrigwasserrisikomanagement. Effiziente Steuerungsansätze für Talsperren und Wasserverteilungsnetzwerke sind für den klimafolgenorientierten Betrieb somit essenziell.
Bisherige (semi-)starre Steuerungsregeln, bei denen das aktuelle System über ein Netzwerk an Sensoren und Messungen detektiert und anschließend in den gewünschten Systemzustand gebracht wird, ermöglichen nur bedingt proaktive Maßnahmen. Eine vorhersagebasierte Steuerung, die auf zukünftige Ereignisse reagiert, ist jedoch eine dynamische Klimafolgenanpassung.
Ziel des Projektes ist die modellhafte Umsetzung eines Demonstrators zur vorhersagebasierten mengen- und gütegewichteten (Talsperren-)Steuerung basierend auf den datengetriebenen Modellen. Mithilfe von ML-Methoden werden Vorhersagen des Wasserbedarfs sowie des -dargebots erzeugt. Diese Vorhersagen werden anschließend in ein, hydrodynamisches Optimierungsmodell integriert, welches im Zuge des Projekts erstellt wird. Ausgabe des Modells ist eine Entscheidungsunterstützung zur Steuerung basierend auf den Vorhersagen sowie den verschieden priorisierten Mehrfachzielen (Hochwasserschutz, Versorgungssicherheit, Ökosystemleistungen u. Landschaftswasserhaushalt, Energieerzeugung) des Systems Talsperre-Wasserverteilungsnetzwerk. Hierbei liegt der Fokus sowohl auf den sich durch den Modellierungsprozess sowie externe Einflussfaktoren ergebenden Unsicherheiten als auch auf verschiedenen Vorhersagehorizonten, welche für die wasserwirtschaftlichen Zielsetzungen relevant sind. Mithilfe des Demonstrators lassen sich die entstehenden Vorteile final gegenüber der konventionellen Steuerung über eine multikriterielle Bewertung herausstellen.
Projektlaufzeit: 03/2024 – 03/2027