WASSER UNTER KONTROLLE KI PROGNOSTIZIERT VERBRAUCH, IOT PUFFERT STARKREGEN
14.04.2026 Quelle: Zentrum für digitale Innovationen Niedersachsen (ZDIN) 4 min
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Das Zentrum für digitale Innovationen Niederachsen (ZDIN) kombiniert
Zeitreihenanalyse, smarte Hardware und digitale Zwillinge, um den Wasserbedarf
vorherzusagen und Überflutungen lokal abzufedern. Die Ansätze zeigen, wie sich
Wasserwirtschaft datengetrieben steuern lassen könnte.
Von der -gestützten Vorhersage des Trinkwasserbedarfs bis zu digital gesteuerten
Regentonnen: Die Forscher des niedersächsischen entwickeln Lösungen, um den
Wasserverbrauch besser zu verstehen und Regenwasser gezielt zu nutzen. Das
stärkt eine nachhaltige Wasserbewirtschaftung und reduziert Überflutungsrisiken.
Drei Forschungsbeispiele aus dem Zukunftslabor Wasser des ZDIN zeigen, wie
datenbasierte Methoden, smarte Hardware und digitale Plattformen die
Wasserversorgung nachhaltiger machen.
TRINKWASSERBEDARF MITHILFE KI VORHERSAGEN
Ein Forschungsthema ist die Water Demand Prediction: Die Vorhersage des
Trinkwasserbedarfs. Damit soll möglichst genau abgeschätzt werden können, wie
viel Trinkwasser zu bestimmten Tageszeiten benötigt wird. Solche Prognosen
helfen Wasserversorgern etwa bei der Einsatzplanung von Pumpen oder der
Einschätzung von Lastspitzen.
Die Forscher analysieren mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI) den
Trinkwasserbedarf verschiedener Haushaltstypen, darunter Familien-, Single-, und
Rentnerhaushalte, am Beispiel der Stadt Bremen. Als Grundlage nutzen die
Forscher einen Beispieldatensatz, der typische Verbrauchsmuster der
verschiedenen Haushaltstypen über einen Gesamtzeitraum von zwei Jahren enthält.
Der Datensatz umfasst keine realen Verbrauchsdaten, da diese Datenschutzvorgaben
unterliegen.
Auf Basis einer Literaturrecherche entschieden sich die Forscher dafür, das
KI-Modell SARIMAX (Seasonal AutoRegressive Integrated Moving Average with
eXogenous variables) für die Analyse zu nutzen. SARIMAX wird häufig eingesetzt,
um die Entwicklung von Daten über einen bestimmten Zeitraum hinweg zu
untersuchen, sogenannte Zeitreihen. Die Forscher unterteilten den
Beispieldatensatz in Trainings- und Testaten, um das KI-Modell nicht nur
anzulernen, sondern seine Ergebnisse auch überprüfen zu können. Zudem reicherten
sie den Datensatz mit Informationen des Deutschen Wetterdienstes zu Temperatur,
Luftfeuchtigkeit und Niederschlag an, um deren Einfluss auf den
Trinkwasserbedarf zu berücksichtigen.
Die Auswertung zeigte im Wesentlichen drei Ergebnisse: Erstens eignet sich das
SARIMAX-Modell gut für die Vorhersage des Trinkwasserbedarfs. Zweitens sind in
allen Haushalten morgens und abends stärkere Nachfragen an Trinkwasser zu
verzeichnen. Tagsüber unterscheidet sich der Bedarf je nach Haushalt, zum
Beispiel benötigen Familien nachmittags mehr Wasser als berufstätige
Single-Haushalte. Drittens wirkt sich das Wetter nicht signifikant auf den
Wasserbedarf aus.
Die Vorhersage des Trinkwasserbedarfes ist ein wichtiger Baustein für eine
zukunftsfähige Wasserversorgung. Ein weiteres, immer wichtiger werdendes Thema
ist die Steuerung von Starkregen. Denn im Zuge des Klimawandels nehmen
Überflutungen zu, sodass nachhaltige Lösungen gefunden werden müssen.
SMARTE REGENTONNEN UNTERSTÜTZEN BEI ÜBERFLUTUNGEN
Eine Option sind smarte Regentonnen wie der B:rain Tank, der ursprünglich vom
Oldenburgisch-Ostfriesischen Wasserverband (OOWV) entworfen wurde und nun von
den Forschenden des Zukunftslabors Wasser weiterentwickelt wird. Der B:rain Tank
wird an ein Regenfallrohr angeschlossen und kann bis zu 1.000 Liter Wasser
aufnehmen. Über einen (kleiner Computer für Steuerungs- und
Automatisierungsaufgaben) kann das Ventil des Tanks angesteuert und je nach
Wetter geöffnet und geschlossen werden.
Über das Internet ist der Raspberry Pi dazu in der Lage, Wetterdaten des
Deutschen Wetterdienstes zu beziehen. So kann das System erkennen, wann mit wie
viel Regen zu rechnen ist. Die Idee dahinter: Wenn zum Beispiel 100 smarte
Regentonnen in einem Stadtteil aufgestellt werden, dann könnten diese Tonnen bei
Starkregen bis zu 100.000 Liter Wasser speichern. Über die smarte Steuerung
würden sich die Ventile automatisiert öffnen, den Niederschlag aufnehmen und
nach dem Starkregen kontrolliert wieder ablassen. Dadurch würden die
Kanalisation und die Straßen nicht überflutet werden.
„Die Herausforderung dabei ist die autarke Energieversorgung. Der Raspberry Pi
benötigt Strom, der aktuell über eine Powerbank in Kombination mit einem
Solarmodul bereitgestellt wird. Das ist keine langfristige und zuverlässige
Lösung, da vor allem im Winter die Solarenergie reduziert ist und hier die
meisten Starkregenereignisse auftreten. Deshalb untersuchen wir Möglichkeiten,
wie der Tank möglichst lange autark betrieben werden kann“, erklärt Jan Stüven,
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Department für Informatik.
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Stand: 08.12.2025
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Ein Lösungsansatz besteht darin, den Programmcode so zu optimieren, dass der
Raspberry Pi möglichst wenig Strom verbraucht. Eine weitere Möglichkeit wäre,
den Raspberry Pi nur noch für das Öffnen und Schließen des Ventils zu verwenden,
während ein anderer Rechner die Wetterdaten abruft.
Um diese Ansätze durchzuspielen, erstellen die Forscher einen digitalen Zwilling
des B:rain Tanks, also eine virtuelle Abbildung des Regenwassertanks inklusive
des Raspberry Pi. Der soll dabei helfen, verschiedene Optimierungsmaßnahmen zu
simulieren, ohne direkt in den realen Tank eingreifen zu müssen. So können die
Forschenden herausfinden, welche Lösungen den autarken und zuverlässigen Betrieb
des B:rain Tanks ermöglichen.
Der B:rain Tank ist ein Beispiel dafür, wie Daten und digitale Steuerung direkt
vor Ort genutzt werden können. Gleichzeitig braucht es zentrale Plattformen, um
wasserbezogene Daten zu bündeln, auszuwerten und für verschiedene
Anwendungsfälle nutzbar zu machen. Eine solche Plattform ist WISdoM (Water
Innovation Solution Management).
DIGITALE PLATTFORM WISDOM FÜR DIE WASSERWIRTSCHAFT
Die Plattform ist bereits 2019 in Kooperation mit dem OOWV entstanden und wurden
nun von den Forschern des Zukunftslabors Wasser weiterentwickelt. WISdoM bildet
Anwendungsfälle aus der Wasserwirtschaft digital ab und ermöglicht es, sie
prototypisch zu analysieren. Use Cases zu den Themengebieten Niederschlag,
Grundwasser und Wasserverbrauch werden interaktiv dargestellt. Bisher war die
Plattform nur internen Usern zugänglich.
Um sie auch externen Anwendern zur Verfügung zu stellen, überführten die
Forscher sie auf eine öffentlich zugängliche Website. Zudem integrierten sie
einen passwortgeschützten Log-in-Bereich, um sensible Daten zu kritischer
Infrastruktur vor Angriffen zu schützen. Technisch gesehen bedeutete diese
Weiterentwicklung vor allem Aufräumarbeit: ältere Bibliotheken ersetzen,
Strukturen vereinheitlichen und neue Funktionen integrieren. Perspektivisch
sollen die Anwendungsfälle des Zukunftslabors Wassers in WISdoM überführt
werden.
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