Wassersicherheit für Mensch und Umwelt: Helmholtz-Initiative mit drei "Solution Labs" offiziell gestartet
Dürre und Hitzestress sowie Überschwemmungen und Starkregen verändern den
Wasserkreislauf erheblich und haben gravierende Folgen für Menschen,
Wirtschaft und Natur. Doch wie begegnen wir der prognostizierten Zunahme
solcher Extreme am effektivsten? Und wie werden wir resilienter gegenüber
den langfristigen Änderungen im Wasserkreislauf? Diesen Herausforderungen
nimmt sich die Helmholtz-Gemeinschaft mit ihrer Forschungsinitiative
Wassersicherheit für Mensch und Umwelt an und baut drei Solution Labs auf,
in denen wichtige Aspekte erforscht sowie Lösungsansätze in enger
Abstimmung mit Verantwortlichen vor Ort getestet werden. Koordiniert wird
die Initiative am UFZ.
Dabei greift die Initiative auf ein in Deutschland einzigartiges
Forschungsprofil zurück: Die neun beteiligten Helmholtz-Zentren decken mit
ihren Schwerpunkten den gesamten Wasserkreislauf ab – vom globalen und
terrestrischen System bis hin zur molekularen Ebene. Im engen Austausch
mit Akteuren aus Wasserwirtschaft, Stadtentwicklung, Industrie,
Landwirtschaft und Naturschutz sowie Bürger:innen konzipieren sie in den
nächsten drei Jahren zum Beispiel intelligente Steuerungskonzepte,
Reinigungstechnologien oder Frühwarnsysteme, die weltweit zum Einsatz
kommen können. „Wasser berührt nahezu jeden Bereich unseres Lebens – von
unserer Gesundheit über die sichere Versorgung bis hin zu der Frage, wie
und wo wir künftig leben werden. Die Forschung dazu bedeutet,
Verantwortung für die Zukunft zu übernehmen: für stabile Ökosysteme, eine
resiliente Wirtschaft und eine lebenswerte Gesellschaft. Um dieses
komplexe Thema ganzheitlich anzugehen, vereinen wir bei Helmholtz
interdisziplinäre Expertise, umfassende Daten und innovative
Technologien“, sagt Prof. Dr. Martin Keller, Präsident der Helmholtz-
Gemeinschaft.
Zentrales Element der Initiative sind drei Solution Labs: Mit den
Einzugsgebieten der Flüsse Elbe und Rur-Erft sowie der Stadt Leipzig
wurden dafür drei Regionen ausgewählt, deren Probleme typisch für viele
andere Gebiete in Deutschland, aber auch europa- und weltweit sind. Sie
fungieren als Reallabore und Modellstandorte, in denen entscheidende
Aspekte erforscht sowie Lösungsansätze getestet werden – und das in enger
Abstimmung mit Entscheidern aus Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft.
„Wir wollen zeigen, wie es besser als bislang gelingen kann, relevante
Ergebnisse der Forschung in die Anwendung zu bringen“, sagt Hydrobiologe
Prof. Dr. Dietrich Borchardt, der als Sprecher die Forschungsinitiative am
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) koordiniert.
Solution Lab SOLVE – neue Leitbilder für einen naturnahen Wasserhaushalt
im Einzugsgebiet der Elbe
Im Fokus steht die Integration umfangreicher Daten und Modelle aus dem
gesamten Flusseinzugsgebiet der Elbe, um daraus Lösungen zu entwickeln,
die den gesamten Landschaftswasserhaushalt einschließlich menschlicher
Eingriffe ganzheitlich abbilden und für das Einzugsgebiet optimieren.
Hintergrund ist die hohe Komplexität des Wassermanagements entlang der
Elbe: In den vergangenen Jahrzehnten wurden tausende Einzelmaßnahmen
umgesetzt – von Renaturierungen bis zu technischen Eingriffen und die
entsprechenden Maßnahmenprogramme werden fortgeschrieben. Aber wie diese
vielen Einzelmaßnahmen auf den Wasserkreislauf im Flussgebiet
zusammenwirken, ist bislang weitgehend unbekannt.
Zugleich steht das Flusssystem vor neuen Herausforderungen. Folgen des
intensiven Bergbaus vergangener Dekaden, große Industrieansiedlungen wie
Tesla, Infineon und weitere Chipfabriken in Silicon Saxony sowie der hohe
Wasserbedarf im Großraum Berlin stellen großflächige Eingriffe dar, die
den Wasserhaushalt zunehmend verändern. Gleichzeitig gewinnt
Wasserverfügbarkeit als Standortfaktor immer mehr wirtschaftliche
Bedeutung für Regionen. Das Einzugsgebiet der Elbe eignet sich zudem
besonders für eine Analyse, weil es sehr unterschiedliche Landschaften
verbindet – von vergleichsweise trockenen Regionen um Berlin bis zu
niederschlagsreichen Gebieten in Tschechien und im Mündungsgebiet der Elbe
– und deutliche Spuren unterschiedlichen Wassermanagements vor der
deutschen Wiedervereinigung zeigt. „Die Elbe ist ein einzigartiges Labor
für das Verständnis großräumiger Wasserprozesse“, sagt Prof. Dr. Ralf Merz
vom UFZ, Sprecher des Solution Labs. „Mit SOLVE wollen wir erstmals
systematisch untersuchen, wie tausende Maßnahmen entlang eines ganzen
Flusssystems zusammenwirken – und daraus in einem Co-Design mit unseren
Partnern aus Verwaltung und Praxis optimierte Maßnahmen für ein
nachhaltiges Wassermanagement des gesamten Einzugsgebietes ableiten.“
Das SolutionLab SOLVE (Securing Terrestrial Water Cycles: the Helmholtz
SOlution Lab Elbe RiVEr Basin) wird am UFZ koordiniert. Neben dem UFZ sind
16 weitere Partner aus Forschung und Wirtschaft sowie Ämtern und Behörden
beteiligt, darunter sechs weitere Helmholtz-Zentren.
Solution Lab Rur-Erft – Entwicklung eines digitalen Zwillings, um komplexe
Wechselwirkungen besser zu verstehen
Im Mittelpunkt steht die Entwicklung eines digitalen Zwillings der
Flusseinzugsgebiete von Rur und Erft, der numerische hydrologische Modelle
und KI-gestützte Modellierung vereint. Ziel ist es, die Auswirkungen von
Klimawandel, Landnutzung und menschlichen Eingriffen auf die regionalen
Wasserressourcen sichtbar zu machen, besser verstehen zu lernen und
konkrete Ansätze zur Lösung von Wasserkonflikten abzuleiten.
Die Region in Nordrhein-Westfalen steht unter wachsendem Druck: Dürren und
Starkregenereignisse treten häufiger auf, während gleichzeitig
Landwirtschaft, Industrie und Ökosysteme auf dieselben Wasserressourcen
angewiesen sind. Hinzu kommen langfristige Veränderungen des
Wasserhaushalts, etwa durch Tagebaue oder großflächige Drainagesysteme,
deren Auswirkungen bislang nur teilweise verstanden sind.
Gleichzeitig – und das ist eine besondere Stärke der Region – gibt es eine
dichte Infrastruktur moderner Umweltmessstationen, unter anderem der
Forschungsnetzwerke TERENO, ICOS und eLTER. Sie liefern eine einzigartige
Datengrundlage, um Modelle zu entwickeln, zu überprüfen und kontinuierlich
zu verbessern.
Lokale Interessengruppen werden von Beginn an in den Forschungsprozess
eingebunden. Zuerst werden Storylines entworfen, welche Problemstellungen
und mögliche Maßnahmen in den Digitalen Zwilling einspeisen. In einem
Interaktiven Lösungsraum können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
dann gemeinsam mit Wasserverbänden, Kommunen oder Landwirten verschiedene
Maßnahmen virtuell testen und deren mögliche Folgen analysieren.
„Wir lassen die klassische Beratung und den einseitigen Wissenstransfer
hinter uns. Mit unserem Solution Lab schaffen wir eine kollaborative
Plattform, auf der Akteure direkt mit komplexen Modellen und heterogenen
Datensätzen interagieren können. Unsere digitalen Zwillinge machen Big
Data greifbar: Nutzerinnen und Nutzer können alternative Lösungswege und
deren Unsicherheiten transparent und partizipativ erkunden. Durch diesen
Ansatz übersetzen wir moderne wissenschaftliche Methoden und Daten in
konkrete, kontextspezifische Maßnahmen – sowohl naturbasiert als auch
technisch. So sichern wir ein nachhaltiges Management des terrestrischen
Wasserkreislaufs in den Einzugsgebieten von Rur und Erft“, sagt Prof. Dr.
Stefan Kollet vom Forschungszentrum Jülich, Sprecher des Solution Labs
Rur-Erft.
Das SolutionLab Rur-Erft wird am Forschungszentrum Jülich (FZJ)
koordiniert. Neben dem FZJ sind 14 weitere Partner aus Forschung und
Wirtschaft sowie Ämtern und Behörden beteiligt, darunter drei weitere
Helmholtz-Zentren.
Solution Lab URBAN LE – Leipzig als Modellstadt für integrierte blau-grün-
rote Stadtentwicklung
Der Frage, wie Städte Starkregen, Hitze und Dürre im Zuge der
Klimaanpassung gleichzeitig bewältigen können, widmet sich das Solution
Lab URBAN LE mit Leipzig als Modellstadt. Hier entsteht ein Forschungs-
und Entwicklungsnetzwerk mit dem Ziel, Wassersicherheit (blau),
Klimaanpassung (grün) und Wärmeversorgung (rot) im Kontext der urbanen
Transformation systemisch zusammenzuführen.
In ausgewählten typischen Stadtquartieren – darunter das Gelände des
Mitteldeutschen Rundfunks (MDR), der Wissenschaftspark Leipzig sowie
mehrere Neubauquartiere – werden blau-grün-rote Lösungen unter realen
Alltagsbedingungen entwickelt, erprobt und in einen tragfähigen
Regelbetrieb überführt. Im Fokus stehen Maßnahmen, die Starkregen
zurückhalten, die Kanalisation entlasten und zugleich in Hitzeperioden
kühlend wirken. Funktionale digitale Zwillinge bilden komplexe
Ausgangssituationen ab und ermöglichen es, unterschiedliche Szenarien und
Wirkungen transparent zu vergleichen.
Um Innovationen schneller in Planung und Umsetzung zu bringen, ist die
Forschung von Beginn an in kommunale Planungs- und Entscheidungsstrukturen
integriert. „Wir wollen das Momentum der Wärmewende in Leipzig nutzen, um
blau-grün-rote Stadtentwicklung von Beginn an mitzudenken“, betont der
Sprecher des Solution Labs Prof. Dr. Roland A. Müller vom UFZ. Wenn
Straßen, Leitungen und Quartiere ohnehin umgestaltet werden, sollten
wasser-, energie- und klimaresiliente Bausteine in die Planung integriert
werden
Bereits jetzt haben weitere Städte Interesse an einer Mitwirkung
signalisiert. Ziel ist es, Lösungen nicht nur lokal zu implementieren,
sondern systematisch skalierbar zu machen. Leipzig wird also zur
Reallabor- und Modellstadt, aus der heraus evidenzbasierte Werkzeuge,
Governance-Formate und technische Lösungen für eine klima- und
wasserresiliente Stadtentwicklung bundesweit und international
bereitgestellt werden.
Das Solution Lab URBAN-LE (Systemic Blue-Green-Red Urban Development) wird
am UFZ koordiniert. Neben dem UFZ sind 13 weitere Partner aus Forschung
und Wirtschaft sowie Ämtern und Behörden beteiligt, darunter drei weitere
Helmholtz-Zentren.
„Wassersicherheit für Mensch und Umwelt“ ist neben „Helmholtz Biomedical
Engineering“ und „Quantum Use Challenge“ eine der Forschungsinitiativen,
in denen sich die Helmholtz-Gemeinschaft strategischen Zukunftsthemen
widmet, um technologische Durchbrüche schneller in die Anwendung zu
bringen. Insgesamt stellt die Helmholtz-Gemeinschaft dafür bis Ende 2028
36 Mio. Euro zur Verfügung.
Weitere Informationen:
Interview mit Prof. Dietrich Borchardt zum Weltwassertag am 22. März
„Wasser hat eine demokratische Dimension“:
https://www.helmholtz.de/newsr
dimension/
