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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/newsroom/artikel/wasser-hat-eine-demokratische-dimensio...
Prof. Dr. Dietrich Borchardt
Senior-Wissenschaftler UFZ und Sprecher der Helmholtz-Wasserinitiative
dietrich.borchardt@ufz.de
Prof. Dr. Ralf Merz
Leiter UFZ-Department Catchment Hydrology und Sprecher des SL SLOVE
ralf.merz@ufz.de
Prof. Dr. Stefan Kollet
Leiter Forschungsgruppe "Integrated Modelling of Terrestrial Systems" am Forschungszentrum Jülich und Sprecher des SL Rur-Erft
s.kollet@fz-juelich.de
Prof. Dr. Roland Müller
Leiter UFZ-Department Systemische Umweltbiotechnologie und Sprecher des SL URBAN-LE
roland.mueller@ufz.de
https://www.helmholtz.de/newsroom/artikel/wasser-hat-eine-demokratische-dimensio...
Entnahme von Wasserproben in der Elbe
Quelle: André Künzelmann
Copyright: André Künzelmann / UFZ
Gelände des geplanten Neubauquartiers Leipzig 416
Copyright: InOneMedia
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Lehrer/Schüler, Studierende, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler, jedermann
Meer / Klima, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsprojekte
Deutsch
Entnahme von Wasserproben in der Elbe
Quelle: André Künzelmann
Copyright: André Künzelmann / UFZ
Gelände des geplanten Neubauquartiers Leipzig 416
Copyright: InOneMedia
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