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Eifelkreis Bitburg-Prüm

Digitale Hochwassermelder für den kommunalen Flutschutz

Das engmaschige Netz an Hochwassermeldern und die KI-gestützte Auswertung der Daten ermöglichen es dem Eifelkreis Bitburg-Prüm durch Prognosen in Echtzeit, Hochwassergefahren frühzeitig zu erkennen und gezielt zu handeln.

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Aufgrund der Zunahme an Starkregenereignissen steigt in vielen Regionen Deutschlands die Gefahr von Flutkatastrophen. Der Eifelkreis Bitburg-Prüm hat deswegen ein dichtes Netz digitaler Hochwassermelder aufgebaut. Diese Sensoren erfassen die Pegelstände an Brücken und übermitteln die Daten in Echtzeit zur KI-gestützten Auswertung und künftigen Prognosemodellierung. So bemerkt die Kreisverwaltung frühzeitig kritische Wasserstände und kann die Bevölkerung gezielt warnen.

Im ersten Schritt installierte der Eifelkreis Bitburg-Prüm 32 batteriebetriebene, radarbasierte Pegelstandsensoren an bestehenden Brücken entlang der Gewässer zweiter Ordnung (mittelgroße Gewässer mit überörtlicher Bedeutung; 25 Pegelsensoren) sowie an deren Oberläufen oder Seitenarmen (sieben Pegelsensoren). Die Sensoren erfassen lokale Pegelstände in kurzen Intervallen und geben diese über eine Funkverbindung (LTE-M/NB-IOT) an eine zentrale Datenplattform weiter. Die Pegelstände lassen sich anschließend sowohl auf einem internen als auch auf einem öffentlichen Dashboard einsehen. Bei kritischen Pegelständen löst das System automatisch Warnungen via E-Mail und SMS aus. Über die App „Meine Pegel“ lassen sich durch persönliche Warnschwellen Push-Benachrichtigungen auf das Handy schicken.

Ziel des Projekts ist es, Pegelprognosen und Hochwasserinfos mehrere Stunden im Voraus bereitzustellen. Das dichte Sensornetz erkennt auch räumlich stark begrenzte Starkregenereignisse und bewertet deren Gefahrenpotenzial automatisch per künstlicher Intelligenz (KI). Langfristig unterstützt das System eine vorausschauende, klimaangepasste Siedlungsentwicklung in hochwassergefährdeten Kommunen.

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Eifelkreis Bitburg-Prüm

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Erfolgsfaktoren zur Zielerreichung

Installation an bestehender Infrastruktur

Die Pegelstandsensoren sind an Brückengeländern montiert. Dadurch bleiben sie leicht zugänglich und lassen sich ohne aufwändige Maßnahmen warten. Da keine neuen Bauwerke entstehen, braucht es weder zusätzliche Genehmigungen, noch entsteht eine weitere Hochwassergefahr.

Abfedern personeller Engpässe

Während der Umsetzung stieß der Eifelkreis Bitburg-Prüm immer wieder auf personelle Engpässe. Diese ließen sich zum einen durch externe Fachkräfte in den unterbesetzten Teilbereichen abfedern. Zum anderen half die enge interkommunale Kooperation, insbesondere durch die Zusammenarbeit zwischen den Digitalisierungsbeauftragten der einzelnen Verbandsgemeinden des Eifelkreises Bitburg-Prüm.

Austausch im Rahmen des Südwest-Clusters

Der Eifelkreis Bitburg-Prüm ist Teil des Südwest-Clusters. Insbesondere mit den MPSC der Landkreise Mayen-Koblenz, Sankt Wendel und Kusel kommt es zu einem regelmäßigen Austausch über Hochwasserprojekte. Der Wissenstransfer erleichtert die Umsetzung des Projekts. In der gemeinsamen Sandbox-Umgebung des Südwest-Clusters testeten die Partner bereits ein gemeinsames Pegelmodul.

Erfolgsfaktoren zur Übertragbarkeit

Entwicklungspartnerschaft für ein einheitliches, kommunales Hochwasserinfosystem

Der Eifelkreis Bitburg-Prüm beteiligt sich an der Entwicklungsgemeinschaft Hochwasserinfosystem. Ziel der Entwicklungspartnerschaft ist ein einheitliches, kommunales Infosystem, unter anderem mit einer KI-gestützten Pegelprognose. Der Kreis bringt dafür seine Erfahrungen in die gemeinsame Weiterentwicklung ein und profitiert zugleich von den Erkenntnissen anderer Kommunen.

Ausdehnung des Messnetzes

Das Hochwasser-Messnetz soll auf Nachbargemeinden in Rheinland-Pfalz ausgeweitet werden. Dazu gab es bereits mehrere Anfragen. Der Landesbetrieb Mobilität Rheinland-Pfalz plant die Installation baugleicher Sensoren, die ebenfalls an die Datenplattform angebunden werden. Auch eine Ausdehnung über die Landesgrenzen hinweg nach Luxemburg ist vorgesehen, durch eine Pegelmessung entlang der Grenzflüsse Our und Sauer.

Frei verfügbare Komponenten und Open-Source-Lösungen

Die Hochwassermelder bestehen aus frei verfügbaren Komponenten, die sich leicht in bestehende Infrastruktur wie Brücken integrieren lassen. Die Software steht Open Source zur Verfügung und kann auf eigenen Servern kostenfrei nachgenutzt und an die eigenen Bedürfnisse angepasst werden.

Erfolgsfaktoren zur Verstetigung

Betrieb durch Verbandsgemeinden und den Eifelkreis Bitburg-Prüm

Eine Fortführung der digitalen Hochwassermelder ist auch nach Ablauf der Förderung geplant. Die Kosten für den Betrieb der Anlage sollen sich perspektivisch die betroffenen Verbandsgemeinden und der Kreis teilen.

Politisches Interesse nach den Hochwasserkatastrophen

Die Lösung richtet sich insbesondere an die Gemeinden, die von den Hochwasserkatastrophen 2018 und 2021 stark betroffen waren. Deshalb findet die Maßnahme in Verwaltung und Politik ein hohes Maß an Unterstützung und erzeugt ein starkes Interesse an der Fortführung.

Anbindung an bestehende digitale Infrastruktur

Die Pegelwerte lassen sich auf der Hochwasservorhersagezentrale Rheinland-Pfalz und auf der App „Meine Pegel“ einsehen. Die App visualisiert 3.000 Messorte in ganz Deutschland und bindet die Sensoren des Eifelkreises Bitburg-Prüm ein. Nach Fertigstellung der kommunalen Datenplattform des Südwest-Clusters werden zusätzlich die erhobenen Daten dort zusammengeführt. Die Visualisierung und Nutzung der Daten der Hochwassermelder ist für Sommer 2026 geplant.

Eifelkreis Bitburg-Prüm Umsetzung
Creative Climate Cities

Weitere Informationen

Ausgangsbedingungen und Ziele

Lokale Herausforderungen

Dortmund und Schwerte stehen vor der Herausforderung, bestehende Datensilos innerhalb der Verwaltung aufzubrechen. Viele wertvolle Daten liegen bislang unverbunden in einzelnen Fachanwendungen oder unterschiedlichen Dateiformaten vor. Diese Fragmentierung erschwert ressortübergreifende Formen der Zusammenarbeit, datenbasierte Entscheidungen und eine niedrigschwellige Beteiligung der Stadtgesellschaft. Besonders im Projektmanagement und in Beteiligungsprozessen fehlen bislang standardisierte Datenmodelle, strukturierte Plattformen und Werkzeuge zur visuellen Darstellung.

Gleichzeitig sind beide Städte durch strukturelle und demografische Entwicklungen gefordert: Dortmund wächst dynamisch und wird zunehmend vielfältiger, was steigende Anforderungen an Planung, Infrastruktur und Integration stellt. Schwerte hingegen sieht sich mit den Folgen des Strukturwandels, einer alternden Bevölkerung und begrenzten Ressourcen konfrontiert. Beide Kommunen sind eng verflochten – wirtschaftlich, verkehrlich und räumlich –, was langfristig eine gemeinsame datenbasierte Steuerung beispielsweise von Pendlerströmen, Natur- und Klimaräumen erforderlich macht. Die urbanen Datenplattformen und die formulierten Datenstandards schaffen hierfür die technische und organisatorische Grundlage.

Planungsziele

Die digitalen Hochwassermelder verbessern den Katastrophenschutz im Eifelkreis Bitburg-Prüm. Die Lösung stärkt das Krisenmanagement, da die Verwaltung Gefahrenlagen frühzeitig erkennen und schneller auf sie reagieren kann. Zudem lassen sich Raum- und Siedlungsentwicklung gezielter und risikobewusster steuern.

In der Smart-City-Strategie des Kreises zahlen die Hochwassermelder besonders auf das Ziel der digitalen Krisenprävention im Handlungsfeld „Verwaltung und Sicherheit“ ein. Sie stärken den Schutz physischer Räume und Infrastrukturen. Anknüpfungspunkte finden sich ebenfalls im Handlungsfeld „Sicherheit“ aus dem Kreisentwicklungskonzept sowie im Hochwasserschutzkonzept.

Ansatz zur Wirkungsmessung

Die Wirkung der Maßnahme lässt sich an der Nutzung der Dashboards und der Hochwasserwarnsysteme ablesen. Der Landkreis Bitburg-Prüm hat folgende Key Performance Indicators (KPIs) für die Akzeptanz des Systems entwickelt:

  • Anzahl der Dashboard-Aufrufe pro Monat
  • Anzahl der Feuerwehren im Kreis, die das System aktiv nutzen (Umfrage)
  • Nutzerfeedback des Katastrophenschutzzentrums
  • Anfragen zur Adaption durch andere Kommunen oder Hochwasserpartnerschaften
  • Anfragen zur Integration von Pegeln aus Nachbarkreisen oder den Grenzregionen
  • Anzahl der Pegel auf der Plattform des Hochwasserdienstes des Landes   

Insgesamt ist die Maßnahme als erfolgreich zu bewerten, wenn der Katastrophenschutz des Eifelkreises und mindestens 60 % der Feuerwehren das System kennen und regelmäßig nutzen. Eine vollständige Einbindung aller Pegel in die Hochwasserportale des Landes wäre ein weiterer Erfolgsindikator.wie regelmäßig die Plattform und/oder das Dashboard in Fachprozesse eingebunden werden.

Entwicklung und Umsetzung

Prozessschritte

  1. Projektidee aufgrund der Starkregenfälle (2018/2021) und der Smart-City-Förderung
  2. Entwickeln des ersten Messstellenkonzepts
  3. Aufnahme von Brücken des Eifelkreises Bitburg-Prüm im Messstellenkonzept
  4. Entwickeln der Messstellenkarte
  5. Ziel: Erheben der Fließgeschwindigkeit der Flüsse zweiter Ordnung alle zwei Stunden und der bedeutenden Zuflüsse dritter Ordnung
  6. Freigabe der Montage (Genehmigung)
  7. Installieren der Hardware
  8. parallel: Entwickeln des internen Dashboards und Gespräche über Schnittstellen für das öffentliche Dashboard
  9. Freischalten für Beta-Test des internen Dashboards
  10. März 2025: Freischalten des öffentlichen Dashboards
  11. künftig: Erhöhung der Messfrequenzen auf alle fünf Minuten bei Starkregenwarnungen durch den Deutschen Wetterdienst
  12. künftig: Identifizieren von Pegelbeauftragten (in Form von regionalen Partnern), zum Beispiel Bauhöfe der Verbandsgemeinden
  13. Absprache zur Verstetigung
  14. KI-gestützte Pegelprognose, voraussichtlich ab dem dritten Quartal 2026

Governance

  • Smart-City-Team Eifelkreis Bitburg-Prüm (Projektsteuerer)
  • Untere Wasserbehörde und Katastrophenschutz Eifelkreis Bitburg-Prüm (Fachakteure und Verstetigungspartner)
  • Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB-INA (Projektsteuerung Messnetz-Umsetzung)
  • Zahnen Technik GmbH (Umsetzung der Messstellen und der Software)
  • Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (Entwicklung KI-Prognose)
  • Struktur- und Genehmigungsdirektion Nord (SGD Nord) (Veröffentlichung der Pegelstände auf den Landespegelportalen)
  • Landesbetrieb Mobilität Rheinland-Pfalz (Unterstützung und Freigabe der Pegelmontage an Brückengeländern)
  • Kreisverwaltung
  • Stadt Bitburg und Verbandsgemeinden (potenziell: Pegelbeauftragte der Bauhöfe)
  • Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie und Mobilität Rheinland-Pfalz (Unterstützung und Werbepartner)
  • Landesamt für Umwelt Rheinland-Pfalz (Werbepartner)
  • MPSC Mayen-Koblenz (MYK10) (Kooperation und gemeinsame Verhandlungen)
  • Universität Trier (Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH (DFKI), Hydrologieabteilung, Unterstützung bei der KI)

Kosten bei Beschaffung

Personalkosten / alternativ Personentage Sachkosten Investive Kosten
Anschaffung 180.000 € (Hosting und Wartung der Softwarekomponenten; Wartung der Sensorik und IoT-Infrastruktur; wissenschaftliche und technische Projektbegleitung und Beratung; Öffentlichkeitsarbeit) 400.000 € (Konzeptionierung der Messstellen und des Gesamtsystems; Beschaffung und Montage der Sensorik; Bereitstellung von Open-Source-Lösungen zur Vernetzung und Device-Management der Sensoren; Bereitstellung von Open-Source-Lösungen zur Speicherung, Konditionierung und Visualisierung der Sensordaten; Adaption der Lösungen und Daten auf kommunaler Datenplattform; Öffentlichkeitsarbeit)
Betrieb  20.000 € jährlich (Betrieb, Wartung und Pflege der Messstellen und IoT-Infrastruktur)

* in der Auflistung der Kosten ist die Entwicklung der KI-Prognose nicht enthalten.

Partizipation und Kommunikation

Die Entwicklung der digitalen Hochwassermelder ist in enger Abstimmung mit verschiedenen Kommunen entstanden. Integraler Bestandteil des Entwicklungsprozesses ist der Austausch mit Kommunen des Südwest-Clusters zu den jeweiligen Hochwasserprojekten und die Zusammenarbeit im Projektansatz „Hochwasserinfosystem“ mit den Modellprojekten Smart Cities Lemgo-Kalletal, Hameln-Pyrmont, Kusel, Sankt Wendel, Mayen-Koblenz, Wuppertal, Smarte Grenzregion zwischen den Meeren, Solingen und Regensburg.

In verschiedenen Beteiligungsformaten wurden die Ergebnisse an die Öffentlichkeit kommuniziert. Diese Formate dienten der Generierung von neuen Erkenntnissen durch Onlineumfragen, Präsenzworkshops oder Expertengesprächen. Zugleich wurden auf Messen oder kommunalen Veranstaltungen Updates über das Vorhaben gegeben. Abgerundet wurde die Kommunikation des Projekts durch Podcastfolgen und einem Video, die in die Nutzung der App „Meine Pegel“ einführen. 

Technische Infrastruktur

Die Hochwassermelder funktionieren anhand von Pegelstandsensoren, welche die Informationen an eine Datenplattform schicken. Die Daten werden auf einem Dashboard visualisiert. Folgende Komponenten kommen dabei zum Einsatz:

Hardware

  • Vega Vegaplus C21 (Sensoren; Radarmesstechnik)
  • SignalFire Ranger (Mobilfunksender)
  • LTE-M/NB-IoT (Datenübertragungsweg)

Software

  • ThingsBoard (MQTT Broker zur Anbindung der Sensoren)
  • Node-Red (Decodierung und Weitergabe der Sensordaten)
  • Grafana (Visualisierung auf dem Dashboard)
  • FROST-Server zur Ablage der Datenbank
  • eigene Software zur Anomalie-Erkennung und Datenglättung (in Entwicklung)

Datengrundlagen

Bestandsdaten:

  • Niederschlagsdaten aus Radolan (Deutscher Wetterdienst)
  • LARSIM-Modell (Wasserabflussmodell)
  • Bodenfeuchtedaten aus Ambav 2.0 (Deutscher Wetterdienst)

Neu erhobene Daten:

Messdaten eigener Sensorik zu Pegelverläufen

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