WSA Career Navigator Travel Grant für Lisa Wolany von der Arbeitsgruppe Aquatische Ökosystemforschung, Universität Duisburg-Essen
Verbindung klassischer Taxonomie mit genetischen Methoden in der Dipterologie
Aufgrund ihrer aquatischen und terrestrischen Lebensstadien sind Dipteren ein wichtiges Bindeglied zwischen beiden Lebensräumen. Diese äußerst vielfältige und artenreiche Insektenordnung, zu der beispielsweise Fliegen und Mücken gehören, ist ein zentraler Bestandteil aquatischer und terrestrischer Ökosysteme. Um zu untersuchen, wie Diptera-Gemeinschaften auf Dürren und andere extreme Wetterereignisse reagieren, nahm Lisa Wolany am Diptera-Symposium teil. Dieses wurde vom „Arbeitskreis Diptera” veranstaltet. Bei diesem zweitägigen Treffen in Bayern kamen Diptera-Experten zusammen, um verschiedene Aspekte und spezifische Themen der Dipterologie zu diskutieren und Erkenntnisse auszutauschen.
Lisa, die in ihrer Doktorarbeit hauptsächlich mit DNA-Metabarcoding-Daten aus Langzeitproben von Malaise-Fallen arbeitet, konnte praktische Erfahrungen in der Probenentnahme sammeln, ihre Fähigkeiten zur Identifizierung im Feld verbessern und ihr theoretisches Wissen mit praktischen Erfahrungen in einer einzigartigen Umgebung verbinden. Darüber hinaus bot ihr das Symposium die Gelegenheit, mit klassischen Taxonomen über die Rolle und das Potenzial genetischer Methoden in der Dipterologie zu diskutieren. Durch die Tagung gewann sie einen breiteren Überblick über aktuelle Fragen in der Dipteren-Forschung.
Wir sind gespannt, wie die Teilnahme am Symposium die wissenschaftliche Grundlage von Lisas Projekt stärken und ihre persönlichen Fähigkeiten bei der Bearbeitung ökologischer Fragen unter Verwendung von Metabarcoding-Daten bereichern wird.
Die wachsende Herausforderung des Hochwassermanagements in einem sich wandelnden Klima: Die jüngsten Erfahrungen in Deutschland
Interview von Dr. Beate Krok mit Prof. Dr.-Ing. André Niemann
Prof. Dr. Niemann, seit den katastrophalen Überschwemmungen vom 14. Juli 2021 in Nordrhein-Westfalen und dem Ahrtal ist Deutschland in diesem Jahr bereits drei schweren Hochwasserereignissen ausgesetzt gewesen. Können Sie erklären, was derzeit geschieht?
Tatsächlich haben wir in diesem Jahr bereits bedeutende Hochwasserereignisse erlebt – die Weihnachtsfluten in Norddeutschland, die Pfingstfluten in der Saarregion und zuletzt die Überschwemmungen in Süddeutschland, die Schwaben und Teile Bayerns betrafen. Dies ist Teil eines komplexen Zusammenspiels mehrerer Faktoren. Der Klimawandel macht ein ohnehin komplexes Klimasystem noch vielschichtiger.
Was verursacht diese scheinbare Zunahme der Hochwasserereignisse?
Es handelt sich um eine Kombination verschiedener Faktoren. Unsere Ozeane sind wärmer denn je, und wir haben 13 Monate in Folge mit rekordhohen Durchschnittstemperaturen über Land erlebt, die jeweils 1,6°C über dem langjährigen Mittel lagen. Die Physik ist klar: für jeden Temperaturanstieg von 1°C kann die Atmosphäre 7% mehr Feuchtigkeit speichern. Dies erleben wir physisch als verstärte Niederschläge.
Wie äußert sich dies in konkreten Hochwasserereignissen?
Die spezifischen Wettermuster können variieren. Manchmal handelt es sich um lang anhaltende konvektive Niederschläge, wie wir sie bei der Weihnachtsflut in Norddeutschland beobachtet haben. Manchmal ist es eine besondere Wetterkonstellation, die dazu führt, dass Wasser, das aus dem Mittelmeer aufgenommen wurde, kontinuierlich über einer bestimmten Region niedergeht, wie bei den Pfingstfluten in der Saarregion. Letztendlich ist es die gesamte Wetterlage, die entscheidet. Es handelt sich um eine komplexe Wechselwirkung von Veränderungen im globalen Jetstream, den Meeresströmungen und der regionalen Konstellation von Wettermustern.
Sind bestimmte Gebiete eher gefährdet als andere?
Auf jeden Fall. Die Topografie spielt eine entscheidende Rolle. Flache Regionen mit sandigen Böden, wie Brandenburg, haben eine höhere Kapazität, überschüssiges Wasser aufzunehmen. Im Gegensatz dazu sind bergige und hügelige Gebiete besonders anfällig für intensive, lokale Niederschläge. Es gibt mehr als 30 Mittelgebirgsregionen in Deutschland. Leider ist unsere Infrastruktur in diesen exponierten Gebieten oft nicht angemessen auf diese neue Klimarealität vorbereitet.
Was kann kurzfristig unternommen werden, um die Auswirkungen von Hochwassern zu mildern?
Wir brauchen einen dreigliedrigen Ansatz: Flächennutzungsplanung, technischer Hochwasserschutz und Verhaltensvorsorge. Kurzfristig sind verbesserte Vorhersage- und Warnsysteme entscheidend. Die Zukunft des Hochwasserschutzes ist zunehmend digital, wobei Apps und intelligente Infrastruktur wie sensorgesteuerte Deiche eine wachsende Rolle bei der Information und Sicherung der Gemeinden spielen.
Und was langfristige Strategien betrifft?
Flüsse benötigen Platz, und wir werden lernen müssen, mit dem Wasser zu leben. Für langfristige Resilienz sehen wir kreative Lösungen wie „Sponge Cities“ und „Sponge Landscapes“, die überschüssiges Wasser besser aufnehmen und managen können. Dazu gehören multifunktionale städtische Räume, die tägliche Bedürfnisse decken und gleichzeitig Schutz vor Hochwasser bieten. Allerdings stehen wir bei der Umsetzung vor erheblichen Herausforderungen. Oft mangelt es an politischem Willen auf lokaler Ebene, um diese Pläne in die Tat umzusetzen.
Wie hat sich das Bewusstsein der Öffentlichkeit in Bezug auf diese Themen verändert?
Es gibt eine positive Veränderung. Die Medienberichterstattung über Wasserthemen im Jahr 2023 erreichte ihren höchsten Stand seit 25 Jahren. Dies gibt uns Experten Impulse, um unsere Lösungen zu fördern. Allerdings reicht Bewusstsein allein nicht aus. Wir brauchen Handeln. Wie ich oft sage, jede gut gemeinte, geplante, aber nicht umgesetzte Maßnahme ist ein unrealisiertes Hochwasserschutzkonzept für die Gesellschaft.
Was ist Ihre Aussicht auf die Zukunft?
Die Herausforderungen sind erheblich, aber unsere Fähigkeiten sind es ebenfalls. Uns mangelt es nicht an Wissen darüber, was möglich und notwendig ist. Unser Hauptdefizit liegt in der Umsetzung. Blickt man nach vorn, benötigen wir Mut, Kreativität und ein Engagement dafür, unsere Gemeinden an die neuen Realitäten des Klimawandels anzupassen. Jeder Schritt in Richtung größerer Resilienz zählt. Die jüngsten Erfahrungen in verschiedenen Teilen Deutschlands dienen als starker Hinweis auf die Dringlichkeit dieser Aufgabe.
Prof. Dr. André Niemann leitet seit 2010 das Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft an der Universität Duisburg-Essen. Er studierte Bauingenieurwesen an der Leibniz Universität Hannover und promovierte 2000 an der Universität-GH Essen. Bevor er seine akademische Laufbahn begann, arbeitete er als Beratungsingenieur bei Dahlem Engineers. Das Forschungsportfolio von Prof. Dr. Niemann ist umfangreich, seine Arbeit konzentriert sich auf Wasserwirtschaft, Hochwasserschutz und naturnahen Wasserbau, was in über 40 wissenschaftlichen Publikationen mündete. Neben seiner Haupttätigkeit hat Niemann eine Gastprofessur an der Wuhan-Universität in China inne. Er ist in verschiedenen Fachgremien aktiv und Mitglied des Vorstands der Deutschen Vereinigung für Wasser-, Abwasser- und Abfallwirtschaft (DWA). Derzeit betreut Prof. Dr. Niemann acht Doktoranden, die Themen wie Flussrenaturierung, Messmethoden und digitale, integrierte Wasserbewirtschaftungskonzepte erforschen. Seine vielfältige Karriere zeigt ein starkes Engagement für die Weiterentwicklung der Wasserwirtschaft in akademischen und beruflichen Bereichen.
Erste WSA Career Navigator Förderung für Stefan Grosenick von der Arbeitsgruppe Aquatische Ökologie der Universität Duisburg-Essen bewilligt
Auf dem Weg zum Experten: Die Elektrofischereilizenz als Schlüssel zur Fischökologie
Die aquatische Umgebung birgt eine Vielzahl faszinierender Geheimnisse und ist von enormer Bedeutung für das ökologische Gleichgewicht unseres Planeten. Innerhalb dieses komplexen Ökosystems spielen Fische und besonders ihr Schutz eine zentrale Rolle für die Erhaltung der Wasserqualität. In seinem Bemühen, seine Expertise auf diesem Gebiet zu vertiefen und zum Schutz der aquatischen Lebensräume beizutragen, hat sich Stefan Grosenick entschieden, einen Elektrofischereischein zu erwerben. Dieser Schritt markiert nicht nur einen Meilenstein in seiner persönlichen und beruflichen Entwicklung, sondern auch einen bedeutenden Beitrag zur Forschung und zum Schutz unserer Gewässer.
Die EU-Wasserrahmenrichtlinie fordert eine ökologische Bewertung der Fließgewässer, wobei Fische als bedeutende Indikatoren der Wasserqualität eine herausragende Rolle spielen. Ihre Sensitivität gegenüber Umweltveränderungen (wie etwa die durch Querbauwerke in unseren Wasserläufen verursachten Änderungen und Hindernisse für die sogenannte "ökologische Kontinuität", die zunehmend die Laichwanderungen/genetischen Austausch gefährden) und Schadstoffeinträgen machen sie zu entscheidenden Indikatoren für potenzielle Probleme in unseren Wasserläufen. Der Elektrofischereischein wird es Stefan Grosenick ermöglichen, Fischgemeinschaften aufzuzeichnen und damit die Grundlage für eine umfassende ökologische Statusbewertung zu legen. Diese Qualifizierung öffnet ihm nicht nur neue berufliche Perspektiven, sondern stärkt auch sein Fachwissen auf dem Gebiet der Fischökologie. Seine vorherigen Studien in der aquatischen Biologie haben sein Interesse an Fischen und ihre Rolle in aquatischen Ökosystemen geweckt.
Neben seiner akademischen Arbeit ist er auch praktisch in der aquatischen Ökologie tätig, beispielsweise durch seine Beteiligung an der Überwachung und Analyse von Videoaufnahmen im Fischliftprojekt Baldeneysee. Diese praktische Erfahrung hat sein Verständnis für die Komplexität aquatischer Ökosysteme vertieft und seine Motivation gestärkt, in diesem Bereich weiterhin tätig zu sein. Für Stefan Grosenick ist der Erwerb des Elektrofischereischeins daher nicht nur eine formale Qualifizierung, sondern ein wichtiger Schritt auf seinem Weg, ein Experte in der Fischökologie zu werden. Er ist fest davon überzeugt, dass dieses zusätzliche Fachwissen es ihm ermöglichen wird, einen noch bedeutenderen Beitrag zum Schutz unserer Gewässer zu leisten und sich als Experte in diesem Bereich zu etablieren.
Vor diesem Hintergrund freuen wir uns auf die Herausforderungen und Chancen, die dieser Schritt für Stefan Grosenick bringt, und blicken gespannt darauf, wie er seine neu erworbenen Fähigkeiten und Kenntnisse in der Praxis einsetzen kann, um einen nachhaltigen Beitrag zum Schutz unserer aquatischen Lebensräume zu leisten.
Künstliche Intelligenz in der Wasserforschung – Chancen, Potenziale & Herausforderungen
Bericht zum KI-Workshop von BfG und WSA
Die zweitägige Veranstaltung „Künstliche Intelligenz in der Wasserforschung – Chancen, Potenziale und Herausforderungen“, organisiert von Bundesanstalt für Gewässerkunde und Water Science Alliance, verdeutlichte in konzentrierter Form, wie stark Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) und des Maschinellen Lernens (ML) mittlerweile in verschiedenen Bereichen der Wasserwissenschaften verankert sind. Am ersten Tag wurden in vier Sessions: „Gewässerkunde“, „Wasserhaushalt“, „Bild- und Videoverarbeitung“ und „Generative KI“ aktuelle Forschungsarbeiten vorgestellt. Die Vorträge zeigten Potenziale in Datenvalidierung, hydrologischer Vorhersage, automatisierter Auswertung von Fernerkundungs- und Videodaten sowie im Wissensmanagement. Gleichzeitig wurden Anforderungen an Datenqualität, Validierung und Prozessverständnis sowie die Bedeutung hybrider Modellansätze betont. Der zweite Tag im World-Café-Format ermöglichte den Austausch zu fünf Themenfeldern: „Qualitätskontrolle“, „Hydrologie“, „Ökologie“, „Gewässergüte“ und „generative KI“. Diskutiert wurden sowohl Chancen wie Schadstoffdetektion, verbesserte Vorhersage von Abflussprozessen in kleinen Einzugsgebieten und die automatisierte Überwachung invasiver Arten mittels Fernerkundung als auch Herausforderungen wie Datenqualität, Erklärbare KI, Datenschutz und Haftung. Der Workshop verdeutlichte, dass KI in der Wasserforschung große Potenziale bietet, gleichzeitig aber methodische, technische und ethische Aspekte sorgfältig berücksichtigt werden müssen.
Künstliche Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML) sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken und prägen zahlreiche gesellschaftliche und wirtschaftliche Bereiche. Anwendungen wie personalisierte Empfehlungssysteme, Suchmaschinen, automatisierte Übersetzungen oder digitale Navigationsdienste verdeutlichen deren Bedeutung. Mit dem Aufkommen großer Sprachmodelle und generativer KI vollzieht sich zudem ein Übergang von einer weitgehend unbewussten hin zu einer zunehmend reflektierten Nutzung KI-basierter Technologien. Dieser Entwicklungsschritt bringt sowohl erhebliche Potenziale als auch neue technische, ethische und regulatorische Herausforderungen mit sich.
In der Wasserforschung eröffnen KI- und ML-Methoden die Möglichkeit, etablierte Verfahren qualitativ zu verbessern, daten- und arbeitsintensive Analysen effizienter durchzuführen und neue Forschungs- und Anwendungsfelder zu erschließen. Gleichzeitig stellen sich grundlegende Fragen zur Qualität und Verfügbarkeit der Datengrundlagen sowie zum Verhältnis datengetriebener Modelle zu den traditionell verwendeten deterministischen Ansätzen. Auch generative KI-Werkzeuge gewinnen an Bedeutung, da sie vielfältige Unterstützungsfunktionen im wissenschaftlichen und administrativen Arbeitsalltag bieten, beispielsweise durch automatisierte Textverarbeitung, Dokumentenanalyse oder programmiertechnische Assistenz. Trotz konkreter Effizienzgewinne bestehen weiterhin Herausforderungen, insbesondere im Hinblick auf technische Unsicherheiten, Sicherheitsaspekte und mögliche Verzerrungen automatisierter Entscheidungsprozesse. Vor dem Hintergrund der nationalen KI-Strategie der Bundesregierung, die den gesellschaftlichen Nutzen KI-basierter Technologien betont, bot der KI/ML-Workshop, organisiert von der Bundesanstalt für Gewässerkunde und der Water Science Alliance, eine Plattform für den interdisziplinären Austausch zu technischen und gesellschaftlichen Fragestellungen eines verantwortungsvollen KI-Einsatzes in der Wasserforschung. Diese Zusammenfassung gibt die wesentlichen Inhalte der Fachbeiträge aus Wissenschaft und Forschung und die daraus entstandenen Diskussionen wieder und liefert zentrale Impulse für den weiteren Diskurs.
Der erste Veranstaltungstag fand hybrid statt und umfasste vier thematische Sessions zu den Schwerpunkten „Gewässerkunde“, „Wasserhaushalt“, „Bild- und Videoverarbeitung“ sowie „Generative KI“. Über 70 Teilnehmende waren vor Ort, etwa ebenso viele nahmen online teil. Die Fachvorträge und Diskussionen zeigten, dass datengetriebene Verfahren nicht nur neue Analyse- und Bewertungsmöglichkeiten eröffnen, sondern auch etablierte gewässerkundliche Methoden substantiell erweitern können. Gleichzeitig wurde betont, dass hohe Anforderungen an Datenqualität, Prozessverständnis und Validierung den Einsatz moderner KI-Verfahren begrenzen und daher einen zentralen Entwicklungsschwerpunkt darstellen. Ergebnisse einer internationalen Online-Umfrage im Rahmen der UNESCO-FRIEND-Water-Initiative sowie Literatur-Meta-Analysen belegen, dass ML-Methoden zunehmend in der Gewässerkunde eingesetzt werden, bislang jedoch vor allem in der Wissenschaft und weniger in der operativen Praxis. Hemmnisse sind teilweise ein mangelndes Vertrauen innerhalb der Fachgemeinschaft sowie praktische Herausforderungen wie eingeschränkte Datenverfügbarkeit, fehlende Methodenkompetenz und unzureichende Leitlinien. Die vorgestellten Anwendungen in der Zeitreihenanalyse und -vorhersage verdeutlichten das Potenzial dieser Methoden für die Datenvalidierung, etwa im Betrieb wasserwirtschaftlicher Anlagen sowie für die hydrologische Vorhersage, in der insbesondere Deep-Learning-Modelle leistungsfähige Ergänzungen zu bestehenden Prognosesystemen darstellen können. Ihr Einsatz verbessert insbesondere mittelfristige Vorhersagen und ermöglicht die Integration umfangreicher und heterogener Datenquellen in operationelle Prognosen. Die Diskussion zur Rolle datengetriebener Modelle im Vergleich zu etablierten deterministischen Ansätzen machte deutlich, dass zukünftige Entwicklungen auf hybride Modellierungsansätze abzielen sollten, welche die Stärken maschinellen Lernens mit physikalischem Prozessverständnis verbinden und dadurch das Vertrauen der Fachgemeinschaft stärken.
Ein weiteres thematisches Feld war die Bild- und Videoverarbeitung, in dem KI-Methoden zunehmend praktische Relevanz erlangen. Anwendungsbeispiele wie die automatisierte optische Bestimmung von Wasserständen, die Klassifikation von Vegetationstypen, Makroplastik und Öl anhand von Fernerkundungsdaten sowie der „Smart Fish Counter“ zur automatisierten Auswertung biologischer Video-Monitoringdaten zeigten, dass computer-vision-basierte Ansätze den manuellen Aufwand erheblich reduzieren und zugleich neue Möglichkeiten für Analysen eröffnen. Der Themenkomplex Generative KI rückte zum Abschluss des ersten Tages Fragen des Wissensmanagements, der Dokumentenerstellung und der Qualitätssicherung in den Fokus. Die Vorstellung der Entwicklung des KI-Assistenten der Bundesanstalt für Straßen- und Verkehrswesen (BASt) veranschaulichte zum einen das Potenzial großer Sprachmodelle zur Strukturierung umfangreicher Textbestände und zum anderen die damit verbundenen Herausforderungen im Hinblick auf Datensouveränität, Datenschutz, Vertraulichkeit und die Qualitätssicherung zur Minimierung von KI-Halluzinationen. Darüber hinaus wurde der Einsatz großer Sprachmodelle in der Qualitätsanalyse gewässerkundlicher Daten diskutiert. Durch neuro-symbolische KI, die neuronale Netze mit symbolischen Verfahren kombiniert, können Vorhersagen, etwa zur Anomalieerkennung in Messdaten, nachvollziehbar erklärt und mit konkreten Handlungsoptionen verknüpft werden.
Um die Perspektiven der Teilnehmenden systematisch zusammenzuführen, bot das World-Café am zweiten Veranstaltungstag die Gelegenheit, Chancen, Potenziale und Risiken der KI-Anwendungen in unterschiedlichen Einsatzgebieten zu diskutieren. Die rund 50 Teilnehmenden konnten jeweils drei von fünf Themenfeldern auswählen und sich dazu austauschen. Zur Auswahl standen die Themen „Qualitätskontrolle von Messdaten“, „Hydrologie“, „Ökologie“, „Gewässergüte“ und „generative KI“. Anschließend wurden die Ergebnisse der einzelnen Gruppen im Plenum präsentiert, um einen Überblick über die Diskussionsinhalte aller Themenfelder zu ermöglichen. Die Qualität der Daten bzw. der Trainingsdaten wurde nicht nur am Thementisch „Qualitätskontrolle von Messdaten“, sondern auch an den Tischen „Hydrologie“ und „Gewässergüte“ als zentrale Herausforderung identifiziert. Sie ist ein entscheidender Faktor für die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von KI-Modellen. Die Sicherstellung von Datenkonsistenz und -vollständigkeit ist dabei essenziell für den erfolgreichen Einsatz von KI-basierten Anwendungen. Genannt wurden unter anderem die Notwendigkeit genauer und konsistenter Messdaten in der Hydrologie oder für die Überwachung der Wasserqualität im Bereich der Gewässergüte. Unter diesen Gesichtspunkten bieten KI-Anwendungen verschiedene Chancen: Sie können Fehler in von Menschen gelabelten Daten erkennen, Eingangsdaten homogenisieren sowie eine schnellere und umfangreichere Segmentierung und Klassifizierung von Daten ermöglichen. An den Thementischen wurde überwiegend das Potenzial von KI hervorgehoben, Prozesse so zu automatisieren, dass sie effizienter genutzt und beschleunigt werden können. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von KI die Analyse großer, mehrdimensionaler Datensätze, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer auszuwerten wären. Chancen und Potenziale, die an einzelnen Thementischen identifiziert wurden, waren unter anderem die Identifizierung neuer Schadstoffe in der Gewässergütebewertung und die verbesserte Vorhersage von Abflussprozessen in kleinen Einzugsgebieten in der Hydrologie. Als weitere Chance wurde hervorgehoben, dass die Grenzen von KI-Modellen sichtbar gemacht werden können und dadurch neue Schwerpunkte in der Qualitätssicherung entstehen. Darüber hinaus können Veränderungen in Seen, wie sie durch invasive Arten verursacht werden, mithilfe von Fernerkundung automatisiert überwacht werden. Zudem bietet der Einsatz generativer KI Potenziale für eine zielgruppengerechte Kommunikation.
Eine vieldiskutierte Herausforderung aller Themenfelder war die mangelnde Erklärbarkeit von KI-Ergebnissen. Ein wichtiger Aspekt beim Einsatz von KI-Anwendungen ist Explainable AI (XAI). Dadurch wird Transparenz geschaffen und die Ergebnisse für Anwenderinnen und Anwender nachvollziehbarer. Insbesondere für die Nachvollziehbarkeit der KI-Ergebnisse ist es wichtig, die Entscheidungen und Vorhersagen transparent erklären zu können. Andernfalls gleicht die Verwendung von KI einem Black-Box-Vorgang. Gleichzeitig bietet die XAI aber auch die Chance die Akzeptanz und Vertrauenswürdigkeit von KI zu erhöhen, da nachvollziehbar ist, wie die KI-Modelle funktionieren und warum sie bestimmte Entscheidungen anbieten. Die Gestaltung einer XAI sollte hierbei so gewählt werden, dass die anwendende Person unterstützt und nicht durch eine zu große Anzahl an Informationen überlastet wird. Weitere Herausforderungen die an einzelnen Thementischen diskutiert wurden, umfassten unter anderem den Bedarf an Rechenressourcen und geeigneter Infrastruktur in der Qualitätskontrolle der Messdaten. In der Hydrologie wurde festgestellt, dass die Lernmenge oft nicht die Grundgesamtheit repräsentiert. Im Themenfeld der XAI wurde in der Gewässergüte der Trade-Off zwischen Leistung und Erklärbarkeit genannt, der Datenschutz bei der Anwendung passiver, akustischer Verfahren im Monitoring in der Ökologie und Haftungs- und Verantwortungsfragen bei der Nutzung generativer KI.
KI-Anwendungen bieten für die Wasserforschung erhebliche Chancen. Gleichzeitig wurden einige Herausforderungen identifiziert, sowohl individuell in einzelnen Disziplinen, als auch allgemein auf den Einsatz von KI-Anwendungen bezogen. Die Diskussionen machten klar, dass der erfolgreiche Einsatz von KI eine Kombination aus transparenten Methoden, interdisziplinärer Zusammenarbeit und kontinuierlicher Forschung erfordert und diese Aspekte in der Zukunft verstärkt entwickelt werden müssen. Auch im abschließenden Fazit wurde hervorgehoben, dass KI und ML in der Wasserforschung ein wachsendes, interdisziplinär geprägtes Innovationsfeld darstellen. Die Veranstaltung zeigte, dass datengetriebene Methoden in vielen Bereichen bereits produktiv eingesetzt werden, während gleichzeitig grundlegende Fragen zur Integration in bestehende Modellierungs- und Monitoringansätze offenbleiben. Besonders deutlich wurde der Bedarf an gemeinsamen Standards, an offenen und qualitätsgesicherten Datenbeständen sowie an einer engeren Verzahnung zwischen Behörden, wissenschaftlichen Einrichtungen und Technologieentwicklern. Die angekündigte Fortsetzung des Workshops in zwei Jahren verdeutlicht den Anspruch, die dynamische Entwicklung im KI-Bereich kontinuierlich zu begleiten und die Zusammenarbeit im Fachgebiet langfristig zu stärken.
15. Water Research Horizon Conference
Challenges Towards Sustainable Urban Water Cycles
Urbane Wassersysteme stehen zunehmend unter Druck durch den Klimawandel, Umweltverschmutzung und den fortschreitenden Wandel der Städte. Diese Herausforderungen erfordern Lösungsansätze, die disziplinäre Grenzen überschreiten und Hydrologie, Ökologie, Ingenieurwissenschaften, öffentliche Gesundheit, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften sowie die Einbindung der Gesellschaft miteinander verknüpfen. Die 15. Water Research Horizon Conference (WRHC15), ausgerichtet von der Water Science Alliance (WSA) an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) am 29. und 30. September 2025, griff diese Komplexität auf und brachte Forschende, Praktiker:innen, politische Entscheidungsträger:innen und Akteur:innen der Zivilgesellschaft zu einem stark inter- und transdisziplinären Austausch über den aktuellen Stand der Forschung und die Zukunft nachhaltiger urbaner Wasserkreisläufe zusammen.
Eingebettet in den Kontext der Metropolregion Ruhr bot die Konferenz ein Programm, das gemeinsam von der Water Science Alliance und lokalen Wissenschaftler:innen der RUB konzipiert wurde. Die WRHC15 war thematisch in drei eng miteinander verknüpfte Sessions unterteilt: 1) Entwicklungsziele für urbane Gewässer, 2) der Kopplung von Wasser und Energie (Wasser-Energie Nexus) sowie 3) Schwammstadt-Konzepten. Diese wurden durch zwei Workshops und eine Podiumsdiskussion zur Wissenschaftskommunikation ergänzt. Die Tagung verdeutlichte, dass die Entwicklung resilienter und gerechter urbaner Wassersysteme eine Integration von Wissen aus unterschiedlichen Fachrichtungen sowie einen aktiven Dialog zwischen Wissenschaft und Praxis erfordert.
Start der WRHC15 war ein Keynote-Vortrag zu natur-basierten Lösungen (Nature-based Solutions, NBS) und Schwammstadt-Erfahrungen aus China. Er verdeutlichte die globale Dimension der Herausforderungen, die im Hinblick auf nachhaltige urbane Wasserkreisläufe zu bewältigen sind, und löste intensive Diskussionen aus. Es wurde der Frage nachgegangen, inwiefern sich die in Deutschland und China verfolgten Ansätze unterscheiden und welche Erkenntnisse diesbezüglich für die Verbesserung der Nachhaltigkeit urbaner Wasserkreisläufe gewonnen werden können.
Die erste Session „Ziele für urbane Gewässer“ machte deutlich, dass urbane Gewässer hochgradig heterogene und komplexe blau-grüne Systeme darstellen, geprägt von einer stark dynamischen Hydrologie, sich wandelnder Wasserqualität und einer Vielzahl gesellschaftlicher Nutzungsansprüche. Vor diesem Hintergrund diskutierten die Vortragenden, wie realistische Entwicklungsziele für urbane aquatische Lebensräume aussehen können. Beiträge aus Dresden, Berlin und dem Ruhrgebiet zeigten, dass interdisziplinäre Ansätze notwendig sind, um ökologische, klimatische, freizeitbezogene und ökonomische Zielsetzungen miteinander in Einklang zu bringen. Fallstudien wie der Phoenix-See in Dortmund verdeutlichen, wie spezifische und multifunktionale Zielsetzungen die urbane Gewässerentwicklung vorantreiben können. Betont wurde zudem, dass die für urbane Gewässer typischen schnellen, ereignisgetriebenen Veränderungen ein kontinuierliches, hochauflösendes Monitoring erfordern. Hier zeigten die Forschenden, dass Kombinationen aus hydrologischen Sensoren, kostengünstigen IoT-Netzwerken, Umwelt-DNA-Analysen und funktionellen biologischen Tests bereits jetzt kostengünstig umfassende Daten liefern können. Referent:innen aus verschiedenen Projekten zeigten eindrucksvoll, wie solche Sensornetzwerke über prototypische Demonstrationsanwendungen hinaus entwickelt werden können. Citizen-Science-Initiativen unterstrichen darüber hinaus den Mehrwert transdisziplinärer Zusammenarbeit, da lokales Wissen und gesellschaftliche Beteiligung das wissenschaftliche Verständnis bereichern. Zusammen ermöglichen diese Ansätze eine systemweite Bewertung des Beitrags blau-grüner Infrastruktur zu Biodiversität, Klimaanpassung und gesellschaftlichem Wohlbefinden.
Die zweite Session „Kopplung von Wasser und Energie für eine Kreislaufwirtschaft“ widmete sich innovativen Verknüpfungen von Wasser- und Energiesystemen zur Unterstützung regionaler Dekarbonisierung, insbesondere in postindustriellen Stadtlandschaften. Beispiele aus dem Ruhrgebiet und dem Erzgebirge zeigten, wie geflutete Bergwerke – traditionell als Umweltproblem betrachtet – zu CO₂-armen thermischen Energiequellen werden können. Fortschritte im Wasserbau, in der Materialwissenschaft und in der funktionellen Mikrobiologie ermöglichen eine sichere Nutzung der Wärme aus Grubenwässern, während bergbaubezogene thermische Energiespeicher in Kombination mit mikrobiellen Prozessen vielversprechende Ansätze zur Reduktion von Schadstoffrisiken bieten. Auf einer übergeordneten Systemebene wurde durch Beiträge zur elektrochemischen CO₂-Umwandlung auf Basis von Abwasser sowie zu Flusswärmepumpen am Rhein aufgezeigt, wie Prinzipien der Kreislaufwirtschaft in Wasserinfrastrukturen integriert werden können. Die Referent:innen betonten, dass die Realisierung dieser Potenziale weit über den Bereich der Forschung hinausreicht: Neben interdisziplinärem Austausch zwischen Hydrologie, Chemie, Mikrobiologie und Energietechnik ist eine transdisziplinäre Co-Entwicklung mit Kommunen, Industrie und Genehmigungsbehörden entscheidend. Die Fallstudien belegten eindeutig, dass durch eine systemische Planung urbane Wassersysteme zu zentralen Treibern einer klimaneutralen und ressourceneffizienten Energiewende werden können.
Die abschließende thematische Session „Klimarobuste, nachhaltige und gesundheitsfördernde urbane Transformation – Aspekte der Schwammstadt“ konzentrierte sich auf die systemische Umsetzung wasserzentrierter NBS für klimaresiliente, nachhaltige und gesundheitsfördernde Städte. Die Vorträge zeigten, wie das Schwammstadt-Prinzip – die Wiederherstellung natürlicher Wasserkreisläufe durch dezentrale Versickerung, Rückhalt und Evapotranspiration zur Minderung von Hochwasser, Abpufferung von Dürren und zur Kühlung während Hitzewellen beitragen kann. Ein breites Spektrum blau-grüner Elemente, von Feuchtgebieten über Gründächer bis hin zu baumbestandenen Mulden, verdeutlichte die Vielseitigkeit von NBS auf unterschiedlichen Maßstabsebenen und für verschiedene Nutzungsformen. Zentrales Thema war die Notwendigkeit transdisziplinärer Zusammenarbeit: Eine wirksame Umsetzung von Schwammstadt-Konzepten erfordert neben hydrologischer und ökologischer Expertise auch Stadt- und Landschaftsplanung, Governance-Innovationen, sozialwissenschaftliche Perspektiven sowie die aktive Einbindung privater Grundeigentümer:innen. Das inter- und transdisziplinäre Forschungsprojekt „Land4Climate“ zeigte beispielsweise, wie freiwillige Kooperation und die gemeinsame Nutzung von Mehrwerten privat genutzte Flächen für öffentliche Klimaanpassungsziele aktivieren können. Eine hydro-meteorologische Studie vom Kilimandscharo verdeutlichte zudem, wie lokales Wissen, partizipatives Monitoring und ein vertieftes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Land, Boden und Wasser das Wassermanagement in urbanen wie auch ländlichen Räumen stärken. Insgesamt unterstrich die Session, dass erfolgreiche klimaresiliente Transformation integrierte Planungsansätze über Sektoren, Maßstabsebenen und gesellschaftliche Akteursgruppen hinweg erfordert.
Neben den thematischen Sessions wurde auf der WRHC15 auch die diesjährige Preisträgerin der Kurt-Eberhard-Bode-Stiftung geehrt: Dr. Maria Magdalena Warter vom IGB Berlin wurde von einer Fachjury in einem hochkompetitiven Prozess als Preisträgerin und Leiterin der nächsten Bode-Nachwuchsgruppe ausgewählt. Der Preis ist mit einem Preisgeld von 510.000 € verbunden. In seiner Laudatio hob Tim Bode, Mitglied des Kuratoriums der Kurt-Eberhard-Bode-Stiftung, die innovative inter- und transdisziplinäre Ausrichtung von Dr. Warters Forschung zu klimaresilienten Städten hervor.
Während einer ausgedehnten Postersession hatten die Teilnehmenden Gelegenheit zum intensiven fachlichen Austausch. Hier wurden zudem einfache Demonstrationen von Überschwemmungsmodellen sowie Umwelt-DNA-Analysen aus Wasserproben gezeigt, um neuartige Ansätze zur Bewertung der Auswirkungen extremer Ereignisse auf urbane Landschaften zu veranschaulichen und Minderungsoptionen durch NBS aufzuzeigen. Zwei besondere Programmpunkte bildeten den Abschluss der WRHC15. In einer sogenannten „Fishbowl“-Diskussion erörterten Vertreter:innen aus Wissenschaft, Behörden, Öffentlichkeitsarbeit, Förderinstitutionen und Wissenschaftskommunikation die Herausforderungen der Vermittlung wissenschaftlicher Erkenntnisse an unterschiedliche Zielgruppen. Dabei wurde deutlich, dass die Glaubwürdigkeit von Wissenschaftler:innen besonders hoch ist, wenn sie selbst über ihre Arbeit sprechen, zugleich aber sowohl auf Seiten der Forschung (Policy Literacy) als auch auf Seiten der Politik (Science Literacy) entsprechende Kompetenzen für einen konstruktiven Dialog erforderlich sind. Abschließend fanden zwei Workshops statt: Der erste griff die Ergebnisse der Fishbowl-Diskussion auf und vermittelte praxisnah, wie Wissenschaftskommunikation über soziale Medien gelingen kann. Anhand konkreter Beispiele und einfacher Handlungsempfehlungen wurden den Teilnehmenden erste Schritte für wasserbezogene Kommunikationsaktivitäten aufgezeigt. In dem zweiten Workshop wurden gezielt Ansätze aus China und Deutschland zum Umgang mit Extremereignissen verglichen sowie Maßnahmen zu deren Minderung in urbanen Räumen mithilfe von Schwammstadt-Konzepten diskutiert.
Nach anderthalb intensiven Tagen mit Vorträgen und Diskussionen wurde deutlich, dass a) urbane Gewässer durch eine hohe Komplexität gekennzeichnet sind, die die Definition spezifischer Entwicklungsziele und die Berücksichtigung kontextspezifischer Anforderungen notwendig macht. Forschung ist hierbei essenziell für die Entwicklung geeigneter Monitoring-Methoden, um Prozesse besser zu verstehen und den Erfolg umgesetzter Maßnahmen bewerten zu können. Die Konferenz zeigte zudem b), dass im Wasser-Energie-Nexus urbaner Systeme ein großes, bislang nur teilweise erschlossenes Potenzial liegt. Zwar bestehen noch zahlreiche Forschungsfragen, doch die Chancen sind erheblich. Schließlich wurde c) deutlich, dass Schwammstadt-Konzepte bereits existieren und umgesetzt werden, ihre Wirksamkeit jedoch durch gezielte Strategien weiter gesteigert werden kann und muss. Häufig ist dabei auch die Einbindung rechtlicher und gesellschaftlicher Akteur:innen erforderlich, um die praktische Anwendung zu maximieren. Insgesamt zeigte sich eindrücklich, dass inter- und transdisziplinäre Ansätze unerlässlich sind, um die großen Herausforderungen zur Verbesserung urbaner Wasserkreisläufe erfolgreich zu bewältigen.
© Florian Leese, Sören Köhler