Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFRuLe: Resilienz urbaner Lebensräume
Prävention von Starkregenereignissen
Wie gestalten wir urbane Lebensräume zukünftig sicher? Wie gewährleisten wir die Versorgung in Städten auch in Krisensituationen?
Diese und weitere Fragestellung sind zentrale Herausforderungen insbesondere für Städte, deren Infrastruktur durch die wachsende Bevölkerung bereits stark strapaziert ist. Dabei zeigen Herausforderungen wie die Covid-Pandemie oder der Klimawandel mit Starkregenereignissen und Hitzewellen, dass die bestehenden Konzepte und technologischen Lösungsansätze schnell an ihre Grenzen geraten. Forschung muss hier neue Lösungsansätze anbieten.
Gemeinsam für eine sichere Zukunft
Um den sich stark verändernden Herausforderungen gerecht zu werden, haben sieben der im Bereich der Sicherheitsforschung führenden Institute der Fraunhofer-Gesellschaft ihre Kompetenzen gebündelt und gemeinsam das Projekt »Resilienz urbaner Lebensräume« (RuLe) gestartet. Für die Stärkung der Resilienz von urbanen Lebensräumen wird dabei ein ganzheitlicher Ansatz betrachtet, welcher die physische Infrastruktur-, Organisations- und Datenebene umfasst.
Resilienzverlauf (orange) mit Ansatzpunkten von RuLe (grün)
Ziel des Projektes ist es, innerhalb eines analytischen Rahmens kritische Komponenten der urbanen Infrastruktur zu identifizieren, auf ihre Robustheit gegenüber Beeinträchtigungen hin zu analysieren und Strategien zur Prävention und Reaktion abzuleiten.
Das Fraunhofer LBF leistet hier seinen Beitrag im Bereich der Vorhersage und Prävention von durch Starkregen hervorgerufenen Schadensereignissen.
Fläche mit Bodenablauf und Entwässerungspumpe wird künstlich beregnet
Funktionsdemonstrator für Starkregenereignisse
Um verschiedene Szenarien im verkleinerten Maßstab darstellen zu können und geeignete Lösungsansätze experimentell zu verifizieren, wurde am Fraunhofer LBF ein Funktionsdemonstrator entwickelt und aufgebaut. Es handelt sich dabei um eine Anlage mit drei flächigen Bereichen, die gezielt künstlich beregnet werden und das aufgenommene Wasser über verschiedene Abflüsse wieder abgeben können (Abbildung 3). Die Höhenlage wurde dabei gestaffelt ausgeführt, so dass beispielsweise Strategien untersucht werden können, wie man die negativen Auswirkungen von starkem Niederschlag im Gebirge auf talseitig vorhandene Infrastruktur reduzieren kann.
Mit Hilfe von verschiedenen Sensoren werden die Niederschlags- und Abflussmengen an zahlreichen Stellen erfasst und an eine zentrale Steuerung zur Auswertung weitergeleitet. Abhängig vom darzustellenden Szenario und der gewählten Strategie schalten sich elektrische Entwässerungspumpen zu oder versagen mit Absicht ihren Dienst.
Modelle zur Resilienzbewertung
Was passiert, wenn Straßenabläufe nicht regelmäßig gewartet werden und z.B. durch Laub der Wasserabfluss beeinträchtigt ist? Wie lässt sich eine dadurch bedingte, grundsätzlich vermeidbare Überflutung von Verkehrsflächen besser verhindern? Reicht es aus, zur Notentwässerung einer kritischen Infrastruktur nur eine Pumpe vorzuhalten oder muss das System redundant ausgeführt werden, um zuverlässigen Schutz zu bieten. Wenn ja, welche Komponenten müssen dabei doppelt vorhanden sein?
Anlage zur Simulation von Starkregenereignissen
Zur Beantwortung all dieser Fragestellungen lassen sich mit dem Funktionsdemonstrator die am Fraunhofer LBF theoretisch erarbeiteten Modelle zur Resilienzbewertung praktisch nachstellen und verifizieren.
Weiterhin dient das System als Entwicklungsplattform für neuartige intelligente Sensorik zum Messen von bisher gar nicht oder nur sehr grob erfassten Umweltparametern. Eine Entwässerungsrinne, die automatisch ihren Verschmutzungsgrad erfasst und selbständig einen Wartungsbedarf meldet, hilft Instandhaltungskosten zu sparen und erhält gleichzeitig den Schutz vor einer Überflutung zuverlässig aufrecht.