Künstliche Intelligenz macht Kanalnetze klimaresilient

Der Klimawandel stellt die kommunale Wasserwirtschaft vor wachsende Herausforderungen: Immer heftigere Starkregenereignisse überfluten die Kanalisation, während längere Trockenperioden Leitungen austrocknen und Schäden verursachen. Das Forschungsprojekt InSchuKa 4.0 („Intelligente Steuerung von Kanalnetzen“) hat sich genau dieser Problematik angenommen. Das Ziel: Mit Hilfe von KI sollen Kanalnetze künftig besser auf Starkregen und Trockenphasen reagieren - und so den Klimawandel smarter bewältigen.

Dreieinhalb Jahre lang arbeiteten kommunale Praxispartner, Technikunternehmen und Forschungseinrichtungen zusammen, um zu erforschen, wie Abwassersysteme künftig sicher, effizient und klimaresilient betrieben werden können. 

Ein Schwerpunkt lag auf der Integration von Betriebswissen in ein KI-basiertes Fallbezugssystem (Case-Based Reasoning, CBR) – einer Methode, die aus vergleichbaren Situationen lernt und daraus Steuerungsempfehlungen für Kanalnetze ableitet.

Koordiniert wurde das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, jetzt BMFTR) geförderte Projekt durch die Hochschule Hof. Das Institut für nachhaltige Wassersysteme (inwa) übernahm die wissenschaftliche Leitung und sorgte dafür, dass die Beiträge aller Partner zu einem funktionsfähigen Gesamtsystem zusammengeführt wurden.

Herzstück des Projekts ist ein neuartiges Konzept zur digitalen Kanalnetzbewirtschaftung. In Jena wurden zwei groß dimensionierte Edelstahlklappen in den Hauptsammler eingebaut. Diese lassen sich digital ansteuern und künftig durch eine KI-basierte Steuerung regeln.

Das System verarbeitet Messwerte, Modellierungen und Wetterprognosen, um zu entscheiden, ob Wasser im Kanalnetz gespeichert oder abgeleitet werden soll. 

Ziel ist es, zwei gegensätzliche, aber gleichermaßen dringliche Herausforderungen des Klimawandels zu meistern:

• Starkregenmanagement: Entlastung überlasteter Kanalisationen zur Vermeidung von Überflutungen.
• Trockenphasenmanagement: Rückhalt von Wasser im Netz, um Leitungen vor Austrocknung und Ablagerungen zu schützen.

"Wir wollten zeigen, dass man mit bestehenden Netzen arbeiten kann, ohne gleich neue Rückhaltebecken errichten zu müssen. Die intelligente Steuerung macht unser Kanalnetz flexibler und robuster gegenüber Extremwetter“, sagt Robert Köllner, stellv. Werkleiter bei JenaWasser.

Seit September 2025 läuft das System in Jena im Echtbetrieb – ein wichtiger Schritt von der Forschung in die Praxis.

Ein zentrales Ziel von InSchuKa 4.0 war nicht nur die technische Entwicklung, sondern auch der Transfer in die kommunale Praxis. Das Team der Hochschule Hof untersuchte daher Entscheidungsprozesse in Stadtwerken und Verwaltungen: Welche Erwartungen bestehen an KI-gestützte Steuerungssysteme? Welche Chancen werden gesehen – und welche Hürden?

Eine bundesweite Online-Befragung von 154 Fachleuten aus Kommunen, Ingenieurbüros und Behörden zeigte: Intelligente Kanalnetzsteuerung wird als notwendiger Schritt zur Klimaanpassung erkannt. Gleichzeitig nannten die Teilnehmenden Hindernisse wie Fachkräftemangel, Ressourcenknappheit und Transparenzanforderungen bei KI-Entscheidungen.

Zum Projektende im Oktober 2025 lud JenaWasser zur Abschlussveranstaltung ein. Vertreterinnen und Vertreter aus Kommunen, Fachverbänden und Ingenieurbüros konnten die Ergebnisse nicht nur hören, sondern auch sehen. 

Bei einer Live-Demonstration im Kanalnetz wurde gezeigt, wie das System Stauraum aktiviert, Abflüsse drosselt und gezielte Spülwellen auslöst.

"Mit InSchuKa 4.0 konnten wir zeigen, dass KI im Kanalnetz keine Zukunftsvision ist, sondern bereits heute funktioniert. Die Lösung ist erklärbar, übertragbar – und bereit für den Einsatz in anderen Städten”, sagt Prof. Günter Müller-Czygan, Leiter des Instituts für nachhaltige Wassersysteme (inwa) an der Hochschule Hof.

Auch wenn InSchuKa 4.0 offiziell abgeschlossen ist, bleibt die Zusammenarbeit der Partner bestehen. Der Verbund plant, die entwickelten Konzepte und Steuerungsansätze in weiteren Projekten fortzuführen – mit Fokus auf Wissenstransfer, Schulungen für Betriebspersonal und die Weiterentwicklung der KI-Algorithmen. Die Hochschule Hof bleibt dabei als Impulsgeberin aktiv: Aus der Koordination ist ein Netzwerk für klimaresiliente Wasserwirtschaft geworden.

Förderung und Partner

Das Projekt „InSchuKa4.0“ wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und lief bis zum 31.10.2025. Als Projektpartner fungierten:

HST Systemtechnik GmbH & Co. KG

Pegasys Gesellschaft für Automation und Datensysteme mbH

Nivus GmbH

JenaWasser

Hochschule Magdeburg-Stendal, Fachbereich Wasser, Umwelt, Bau und Sicherheit Professur Siedlungswasserwirtschaft

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Verbundprojekt “InSchuKa 4.0” im Rahmen der Fördermaßnahme “WAX” des Bundesprogramms “Wasser: N”. “Wasser: N” ist Teil der BMBF-Strategie “Forschung für Nachhaltigkeit (FONA).

Weitere Informationen:

Mit KI zum smarten Kanalnetz: Intelligentes Managementsystem schützt vor Starkregen & Gewässerverunreinigungen

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Quelle: Hoichschule Hof, Fotos: JenaWasser, Hochschule Hof