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R2K-Klim+ – Strategisches Entscheidungsunterstützungstool zur Anpassung an den Klimawandel auf regionaler und kommunaler Ebene im Rheineinzugsgebiet

Ziele, Vorgehen und Produkt des Projekts

Lokale Extremwetterereignisse mit kleinräumigen Folgen wie Überflutungen durch Starkregenereignisse oder Hitzeinseln in Städten sind in den vergangenen Jahren immer häufiger aufgetreten und werden im Zuge des Klimawandels auch weiter zunehmen. Gleichzeitig sind Regionen auch klimawandelbedingten Extremereignissen mit großräumigen Wirkungen ausgesetzt: Hoch- und Niedrigwasser an Flüssen wirken nicht nur lokal, sondern betreffen häufig das gesamte Flusseinzugsgebiet. Das Verbundprojekt R2K-Klim+ konzentriert sich daher auf zwei räumliche Betrachtungsebenen: Die Makroebene umfasst das gesamte Rheineinzugsgebiet, die Mikroebene fokussiert die Stadt Duisburg. Aktuelle Klimaprojektionen werden dazu genutzt, mögliche Zukunftsbilder zu erstellen und die Einflüsse der regionalen und überregionalen Auswirkungen der Klimawandelfolgen für die Stadt Duisburg darzulegen. Zunächst wird eine Klimawirkungs- und Vulnerabilitätsanalyse auf unterschiedlichen Ebenen und für verschiedene Sektoren durchgeführt. Dabei spielen neben ökonomischen Aspekten auch ökologische und soziale Aspekte eine wichtige Rolle. Nachdem auf diese Weise besonders vulnerable Bereiche identifiziert wurden, werden zur Erhöhung der Resilienz Anpassungsmaßnahmen gemäß dem Stand von Wissenschaft und Technik zusammengestellt.
In einem Entscheidungsunterstützungssystem werden die vulnerablen Bereiche und potenzielle Maßnahmen dargestellt und gemäß Kosten und Nutzen bewertet. Diese transparente, objektive und auch für fachfremde Personen verständliche Bewertung der Auswirkungen von diversen Anpassungsmaßnahmen dient den zuständigen kommunalen Akteuren als Planungsgrundlage für die strategische Ausrichtung von zukünftigen Maßnahmen. Nach der erfolgreichen Implementierung in der Stadt Duisburg soll auch die Transferierbarkeit auf andere Kommunen umgesetzt werden.

Projektkonsortium

Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen (FiW) e. V. (Projektkoordinator)

in Kooperation mit der Prognos AG

Stadt Duisburg

Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung an der RWTH Aachen (gaiac) e. V.

geomer GmbH

Ingenieurgesellschaft Dr. Siekmann & Partner mbH

Rhein-Ruhr-Institut für Sozialforschung und Politikberatung (RISP) e. V. an der Universität Duisburg-Essen

Zentrale Themen / thematischer Schwerpunkt

Wassermanagement, Hoch- und Niedrigwasser im Rheineinzugsgebiet, Überflutung, Starkregen, Stadtklima, Trockenheit, Hitzebelastung von Menschen in Städten, Beeinflussung der lokalen Wirtschaftsstrukturen

Aktuelles aus dem Projekt

Projekt im Fokus

Die Zunahme extremer Ereignisse wie die langanhaltende Dürreperiode im Sommer 2018 oder die Überflutungen durch Starkregen- und Hochwasserereignisse im Juli 2021 in Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz zeigen, dass die Auswirkungen des Klimawandels in Deutschland bereits deutlich spürbar sind. Deshalb wird für die Unterstützung kommunaler Entscheidungsträger:innen bei der Planung von Maßnahmen zur Klimafolgenanpassung im Rahmen von R2K-Klim+ ein Entscheidungsunterstützungstool in Form einer Webanwendung entwickelt.

Unser Projektgebiet

Das Projektgebiet umfasst zum einen die Stadt Duisburg als Mikroebene und zum anderen das gesamte Rheineinzugsgebiet in Deutschland als Makroebene. So können sowohl lokale als auch großräumig auftretende Extremereignisse betrachtet werden. Nach der erfolgreichen Implementierung in der Stadt Duisburg soll das Entscheidungsunterstützungstool auch auf andere Kommunen übertragbar sein.

Es sind die beiden Betrachtungsebenen dargestellt, mit denen das Projekt R2K-Klim+ sich beschäftigt. Für die Makroebene ist das gesamte Rheineinzugsgebiet in Deutschland abgebildet.

Abbildung 1: Makro- und Mikroebene des Projekts R2K-Klim+

Unser transdisziplinärer Ansatz

Um die Wechselwirkungen verschiedener Herausforderungen und Anpassungsmaßnahmen im Entscheidungsunterstützungstool angemessen abbilden zu können, betrachtet das Konsortium die Problematik aus unterschiedlichsten Perspektiven. Dafür werden verschiedene Klimawirkungen integriert:

  • Hochwasser
  • Niedrigwasser
  • Starkregen
  • Dürre
  • Urbane Hitze

Über ein komplexes Modellnetzwerk werden für diese Klimawirkungen Vulnerabilitätsanalysen für die Rezeptoren Bevölkerung, Infrastruktur, Ökosysteme und wirtschaftliche Systeme durchgeführt. Das Modellnetzwerk ermöglicht Berechnungen sowohl für den Status Quo, als auch eine Zukunftsbetrachtung anhand zwei globaler Erwärmungsszenarien (+2°C und +3°C). Die Ergebnisse werden im Entscheidungsunterstützungssystem dargestellt und ermöglichen in Bezug auf die Klimawirkungen die Identifikation von Defizit- und Potentialräumen. Zusätzlich wird ein Maßnahmenkatalog erarbeitet, der verschiedene Ansätze von Maßnahmen für jede Klimawirkung betrachtet. Weiterführend wird eine Wirkmodellierung für eine Bündelung von Maßnahmen durchgeführt, die eine Aussage zum Effekt bestimmter Maßnahmen an spezifischen Orten in Duisburg zulässt. Die Bewertung der Maßnahmen erfolgt anhand einer multikriteriellen Methodik, die ökonomische, ökologische und soziale Indikatoren vergleichbar macht.

Unser Team

Um diesem transdisziplinären Ansatz gerecht zu werden, setzt sich das Projektkonsortium zusammen aus Forschung, Wirtschaft und Politik und bindet auch externe Akteure in einem partizipativen Prozess ein. So können Stakeholder in einem Co-Working-Prozess an der Entwicklung der für ihre Arbeitsbereiche gedachten Produkte mitwirken.

Ein Einblick in unsere Zwischenergebnisse

Klimafolgenanpassung in Kommunen – Perspektive der Stadt Duisburg:

Das Thema Anpassung an den Klimawandel gewinnt zunehmend mehr Brisanz in deutschen Kommunen, besonders im Ruhrgebiet. Hier hat sich die Stadt Duisburg mit 15 weiteren Ruhrgebietskommunen und der Emschergenossenschaft in einer Zukunftsinitiative (Klima.Werk) organisiert, für einen verstärkten interkommunalen Austausch. Klimafolgenanpassung kann gelingen, wenn die Anpassungsinteressen frühzeitig in Planungsprozessen berücksichtig werden. Aber welche Maßnahmen bestmögliche Ergebnisse erzielen, ist damit noch nicht geklärt. An dieser Stelle soll das in R2K-Klim+ entwickelte Entscheidungsunterstützungstool zum Einsatz kommen. Mithilfe einer multikriteriellen Bewertungsmethodik werden verschiedene Anpassungsmaßnahmen und ‑kombinationen miteinander bzw. mit festgelegten Zielvorgaben verglichen. Für die Ausarbeitung der Bewertungsmethodik werden gängige Bewertungsverfahren in Kommunen aufgegriffen, wie z.B. Klima-Checks von Beschlussvorlagen oder Umweltgerechtigkeitsbewertungen. Die Auswahl der Bewertungskriterien orientiert sich einerseits an den Output-Größen der Modellsimulationen und muss andererseits die pragmatischen Entscheidungsprozesse der Kommunalverwaltungen und Politik berücksichtigen.

Stakeholderanalyse der Binnenschifffahrt:

Da der Duisburger Hafen der größte Binnenhafen Europas ist, wird im Rahmen von R2K-Klim+ auch der Einfluss von Klimawirkungen auf die Rheinschifffahrt berücksichtigt. In einer Stakeholderanalyse hat das Rhein-Ruhr-Institut für Sozialforschung und Politikberatung (RISP) daher die Anpassungskapazitäten der Binnenschifffahrt untersucht. Diese, so ein wesentliches Ergebnis der Analyse, konzentrieren sich auf vier Bereiche:

  • technische Anpassung (bspw. flachwasseroptimierte Schiffe),
  • Weiterentwicklung der Geschäftsmodelle und –systeme, die wirtschaftliche Transporte auch unter den Bedingungen des Klimawandels sicherstellen (bspw. Investitionsanreize zum Aufbau von Resilienz),
  • fortwährende Anstrengungen zur Anpassung der Infrastrukturen und der anderen Modi, besonders der Schiene, sowie
  • mehr Gehör für die Binnenschifffahrt in Fragen der Güter-Verkehrspolitik.

Insgesamt zeigt sich, dass die Binnenschifffahrt viele heterogene Akteure umfasst, die von der langjährigen Erfahrung mit Hoch- und Niedrigwassern und dem Umgang mit den globalen Herausforderungen profitieren. Ihre Anpassungskapazitäten würden durch eine verbesserte Vernetzung der Logistikakteure und engagierter staatlicher Koordination erhöht werden.

Vulnerabilitätsanalysen:

Als weiterer Bestandteil von R2K-Klim+ wurde vom Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung (gaiac) an der RWTH Aachen e. V. eine Vulnerabilitätsanalyse hinsichtlich Gesundheit für die Klimawirkung Hitze durchgeführt. Das Ziel hierbei war die Identifizierung von städtischen Räumen, in welchen Klimaanpassungsmaßnahmen wirksam und gezielt umgesetzt werden können (Potential- und Defiziträume). Als Grundlage hierfür diente die fernerkundliche Ermittlung stadtstruktureller Kenngrößen wie beispielsweise Grünvolumen, Bauvolumen, Versiegelungsgrade oder Beschattung durch Bäume. Aus diesen Kenngrößen ließen sich auf einer kleinräumigen Ebene von Nutzungstypen (z.B. Parkplatz, Einfamilienhaus) klimatische Gunst-/Ungunsträume (5-stufige Skala) ableiten. Da Bevölkerungsdaten aus Datenschutzgründen höchstens auf Baublockebene vorliegen, wurden die Ergebnisse der kleinräumigen stadtstrukturellen Analysen auf die Baublockebene aggregiert. Dadurch können die klimatischen Gunst-/Ungunsträume mit sensitiven Bevölkerungsdaten, beispielsweise Altersstruktur und sensitive Einrichtungen, kombiniert werden. So wurden Vulnerabilitätsrisiken (7‑stufige Skala) pro Baublock ermittelt. Das Ergebnis ist in Abbildung 2 dargestellt.

Die Abbildung zeigt eine Karte des Stadtgebiets von Duisburg. Mit einer 7-stufigen Skala sind die Baublöcke von grün (nicht vulnerabel) bis dunkelrot (höchst vulnerabel) farblich gekennzeichnet

Abbildung 2: Ergebnis der Vulnerabilitätsanalyse Gesundheit für die Klimawirkung Hitze

Starkregengefahrenkarten:

Von der geomer GmbH wurden für die Stadt Duisburg vorläufige Starkregenkarten erstellt, die in einem gemeinschaftlichen Validierungsverfahren untersucht wurden. Als Eingangsdaten hierfür wurden für Duisburg aktualisierte Gebäudedaten und Landnutzungsdaten mit zugehörigen Abflussbeiwerten ermittelt. Anschließend wurden Starkregenevents mit 50 mm/h (entspricht einem 100-jährlichen Ereignis) und 80 mm/h modelliert. Ein Ausschnitt aus den Ergebnissen ist in Abbildung 3 dargestellt.

Die Abbildung zeigt eine Starkregengefahrenkarte für einen Ausschnitt des Stadtgebiets von Duisburg. Dargestellt sind die maximalen Überflutungstiefen für ein Starkregenszenario mit 80mm/h.

Abbildung 3: Ergebnis einer Starkregengefahrenkarte für einen Ausschnitt der Stadt Duisburg

Entscheidungsunterstützungssystem:

Für das Entscheidungsunterstützungssystem wurde von der geomer GmbH bereits ein Prototyp entwickelt. Bisher unterstützt dieser die Analyse von Überflutungen durch Starkregen- und Hochwasserereignisse für unterschiedliche globale Erwärmungsszenarien. Einen Eindruck davon vermittelt Abbildung 4. Im weiteren Projektverlauf sollen die Wirkmodelle für die übrigen Klimawirkungen und Rezeptoren ergänzt werden. Auch die Ergebnisse der Wirkmodellierungen für verschiedene Maßnahmenbündel sollen zukünftig dargestellt werden. Um eine nahtlose Einbindung und Verwaltung hiervon zu ermöglichen, wurde bereits die notwendige Datenstruktur für den Maßnahmenkatalog erstellt. Des Weiteren wird in den kommenden Wochen eine vorläufige Version eines flächenbasierten Verfahrens für Hochwasserschäden auf Grundlage von BEAM-Daten (Basic European Asset Map) verfügbar sein, entwickelt von der geomer GmbH. Auf den Prototyp des Entscheidungsunterstützungssystems kann über diesen Link zugegriffen werden.

Die Abbildung zeigt einen Screenshot des Prototyps des Entscheidungsunterstützungssystems. Darauf ist ein Ausschnitt des Stadtgebietes von Duisburg farblich hervorgehoben und für diesen Ausschnitt werden die Hochwasserschäden für die verschiedenen Flächen

Abbildung 4: Prototyp des Entscheidungsunterstützungssystems

Wenn Sie noch mehr zu R2K-Klim+ erfahren möchten…

… schauen Sie gerne auf der Projekthomepage vorbei. Außerdem werden wir in den kommenden Newslettern weiter regelmäßig die Fortschritte des Projekts vorstellen.

Präsenzworkshop in Aachen

Projektteilnehmer von R2K-Klim+ im Workshop

Bereits zum zweiten Mal traf sich das R2K-Konsortium am 13./14.06.2022 zu einem gemeinsamen Präsenzworkshop. Veranstaltungsort war diesmal Aachen. Neben den Konsortialpartnern nahmen auch Vertreter:innen des Begleitkreises und der Wirtschaftsbetriebe Duisburg teil.

Zu Beginn des Workshops diskutierte das Konsortium die nächsten Schritte der Öffentlichkeitsarbeit. Hierbei ging es in erster Linie um die Inhalte, wie bspw. die Sensibilisierung der Bevölkerung für das Thema Klimafolgenanpassung, verschiedene Klimawirkungen wie Niedrigwasser oder Starkregen oder spezielle Anwendungsfälle wie die Auenlandschaft von Duisburg. Darüber hinaus wurden auch Formate der grafischen und filmischen Darstellung sowie die Einbindungsmöglichkeiten konkreter regionaler Stakeholder diskutiert. Das FiW wird aus den Erkenntnissen nun ein Konzept erstellen.

In mehreren aufeinander aufbauenden Sessions widmete sich das Konsortium dann den Themen Maßnahmen und Maßnahmenkatalog. In diesem Zusammenhang wurden im ersten Schritt Synergien und Zielkonflikte von Anpassungsmaßnahmen identifiziert. Dann erfolgte über die Anpassung der Modellierungsparameter eine Erstellung von Maßnahmenbündeln für die fünf betrachteten Klimawirkungen. Darauf aufbauend wurden Ablaufsimulationen für das Modellierungsnetzwerk zusammengestellt, die nun in den kommenden Monaten durchgeführt werden sollen.

In zwei offenen Diskussionsrunden widmeten sich die Teilnehmer den Haushaltsbefragungen in der Stadt Duisburg und den Unsicherheiten von Kostenschätzungen bei Anpassungsmaßnahmen und deren Bedeutung für das kommunale Handeln in der Klimaanpassung.

Im letzten Block stellte dann das gaiac ausführlich seine Methodik der bisher betriebenen stadtstrukturellen Analysen, Vulnerabilitätsanalysen und der dynamischen Auenmodellierung auf der Mikroebene vor. Hier ergab sich ein interessanter Austausch zu den Schnittstellen im Entscheidungsunterstützungssystem und mit weiteren Klimawirkungen.

Noch im laufenden Jahr plant das Konsortium weitere Präsenz- und Workshopformate. Hierbei sollen im nächsten Schritt auch externe Partner, wie Vertreter der Kommunalverwaltung oder Stakeholder der lokalen Industrie, mit eingebunden werden.

Wissenskommunikation beim Umweltmarkt in Duisburg

Modelllandschaften in Form von 1m x 1m Kacheln

Ein elementarer Bestandteil des Forschungsprojektes sind Wissenskommunikation und -transfer der Projektinhalte in praktische Anwendungen. Um das Thema Klimafolgenanpassung auch fachfremden Personen plastisch zugänglich und verständlich zu machen, hat das FiW das AR-Landschaftsmodell entwickelt. Das Modell besteht insgesamt aus bis zu sechs Modelllandschaften in Form von 1m x 1m Kacheln und kann mit allen Kacheln sowohl die im Modell betrachtete Makroebene – das Rheineinzugsgebiet – oder auf einem Stadtmodell die Mikroebene der Stadt Duisburg widerspiegeln. Auf den Modelllandschaften können mit Hilfe von einer am FiW entwickelten AR-App Themenfelder wie Klimafolgenanpassung und Projektinhalte adressatenspezifisch kommuniziert werden.

Für den Umweltmarkt der Stadt Duisburg am 14.05.2022 hatte das FiW nun ein Konzept entwickelt, das speziell Bürger:innen ohne fachlichen Hintergrund für das Thema Klimafolgenanpassung sensibilisieren soll. Dabei wurden die im Projekt betrachteten Klimawirkungen auf die Stadt Duisburg – Niedrigwasser, Hochwasser, Hitze, Dürre und Starkregen – abstrakt und interaktiv dargestellt. Davon ausgehend wurden Besucher:innen die vom jeweiligen Extremereignis betroffenen Rezeptoren und potenzielle Klimaanpassungsmaßnahmen veranschaulicht. Für den weiteren Projektverlauf ist geplant, das Konzept adressatenspezifisch so weiter auszubauen, dass noch weitere, auch komplexe Projektinhalte und -ergebnisse anschaulich und niedrigschwellig kommuniziert werden können.

Diese Zielsetzung interpretiert das R2K-Konsortium als einen zentralen Bestandteil einer Einbindung der Bevölkerung in das Themenfeld Klimafolgenanpassung durch eine nachhaltige Risiko- und Wissenschaftskommunikation.

Was gibt's Neues aus R2K-Klim+?

Im Oktober 2021 richtete das R2K-Konsortium den ersten Präsenz-Workshop in Duisburg aus. Insgesamt standen dabei neun teils sogar parallel stattfindende Sessions auf dem Programm, in denen das ganze Themenspektrum des Projektes abgebildet wurde. So ging es unter anderen um Wirkungsketten in den Handlungsfeldern Soziales, Verkehr und Umwelt, um konkrete Anwendungsfälle für das zu konzipierende Entscheidungsunterstützungssystem sowie um ökologische und ökonomische Vulnerabilitätsanalysen.

Im November beteiligte sich das Konsortium dann an den Expertenworkshops der Zukunftsinitiative Klima.Werk und tauschte sich mit Experten aus ganz NRW aus.

Mehr Informationen auf: www.r2k-klim.net

Was gibt's Neues aus R2K-Klim+?

Der zentrale Bestandteil von R2K-Klim+(Strategisches Entscheidungsunterstützungstool zur Anpassung an den Klimawandel auf regionaler und kommunaler Ebene im Rheineinzugsgebiet) ist die Entwicklung eines Decision Support Systems (DSS) für die Verwaltungsebene der Stadt Duisburg. Das DSS muss in der Lage sein, politischen Entscheidungsträgern einen Überblick über ökonomische, ökologische und soziale Auswirkungen des Klimawandels und Klimaanpassungsmaßnahmen zu geben. Das Konsortium arbeitet derzeit an der Verschaltung der Modelle und Daten in den Bereichen Hoch- und Niedrigwasser im Rhein, Transport und Logistik, Starkregenereignisse, Auen, Stadtökologie, Trockenheit und Hitze.

Mehr Informationen auf: www.r2k-klim.net

Neugikeiten R2K-Klim+

In den vergangenen Wochen wurden die Makroebene (Rheineinzugsgebiet) und die Mikroebene (Stadt Duisburg) Hochwassergefahren- und Starkregengefahrenkarten erstellt. Die HWGK der Mikroebene werden nun in einem iterativen Prozess mit der Stadt Duisburg und relevanten Akteuren plausibilisiert und validiert. Dabei werden bspw. Kenntnisse über Verdolungen und Fließwege im flachen Gelände, die in der Historie erworben wurden, in die Karten integriert.

In der zweiten Jahreshälfte visiert das Konsortium nun den aktiven interdisziplinären Austausch mit Experten und Stakeholdern in einem Workshop-Format an. Hierbei sollen nach Möglichkeit auch wieder Präsenzveranstaltungen stattfinden, alternativ könnte auch auf ein digitales Format ausgewichen werden.

Mehr Informationen auf: www.r2k-klim.net

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