Künstliche Intelligenz hilft bei Vorhersage von Grundwasserständen

Vor dem Hintergrund des Klimawandels entwickeln die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in einem gemeinsamen Projekt Methoden zur bundesweiten Vorhersage von Grundwasserständen. Dabei setzen die Forscherinnen und Forscher auf Künstliche Intelligenz (KI).

Zur Anwendung kommen künstliche neuronale Netze (KNN), die ihre Eignung zur Modellierung und Vorhersage von Grundwasserständen bereits vielfach unter Beweis gestellt haben. Die Technologie weist einige Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen numerisch-physikalischen Modellierungsansätzen auf, vor allem für überregionale Betrachtungen. Neue Entwicklungen, vor allem auf dem Gebiet des Deep Learning, versprechen hierbei eine deutliche Verbesserung bereits existierender Ansätze für Vorhersagen.

Eingangsdaten werden von einem künstlichen neuronalen Netz zur Grundwasserstandsvorhersage genutzt Quelle: KIT & BGR

Eine zuverlässige Vorhersage des Grundwasserspiegels ist unter anderem Grundlage für die Ableitung von Wasserverfügbarkeit zur Trinkwasserversorgung und Bewässerung in der Landwirtschaft. Sie ist zudem wichtig für die Abgrenzung potenzieller Landsetzungszonen durch extrem niedrige Grundwasserspiegel im Zusammenhang mit Dürren und Wasserentnahmen sowie von Gebieten potentieller Grundwasserhöchststände mit Auswirkungen auf die Verkehrsinfrastruktur, Gebäude und landwirtschaftliche Flächen. Auf diese Weise lassen sich geeignete Vermeidungs- und Anpassungsstrategien konzipieren.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Methode, die insbesondere in Hinblick auf Extremereignisse wie Dürren, Hitzewellen oder extreme Niederschläge bundesweit flächendeckende Prognosen von Grundwasserständen und Quellschüttungen ermöglicht. Die in der Vorhersage betrachteten Zeiträume reichen dabei bis zum Jahr 2100, um auch die Entwicklung der Grundwasserstände im Zuge des Klimawandels auf Basis der vom Weltklimarat festgelegten Szenarien abschätzen zu können. Datengrundlage sind neben Grundwasserdaten der Landesmessnetze auch Wetter- und Klimavorhersagen sowie Klimaprojektionen des Deutschen Wetterdienstes (DWD).

Die Vorhersagen werden nutzergruppenspezifisch über eine Fachanwendung auf der BGR-Website bereitgestellt.