3D-Modell zur Beurteilung der Wirksamkeit von naturbasierten Lösungen

Am Beispiel der Stadt Selbitz (Landkreis Hof) wurden im Projekt SCHWAMMBOX neue Ansätze zur Bewertung, Modellierung und praxisnahen Umsetzung von naturbasierten Lösungen entwickelt. Diese werden im Weiteren als ‚Schwammflurmaßnahmen‘ bezeichnet. Selbitz engagiert sich seit einer Überschwemmung mit Schäden in Millionenhöhe im Jahr 2021 aktiv in Fragen der Klimaanpassung und hat bereits erste Maßnahmen im Rahmen eines vorangegangenen Pilotprojekts umgesetzt. Die enge Zusammenarbeit mit kommunaler Verwaltung, lokalen Initiativen und der Bevölkerung ermöglicht eine praxisorientierte Umsetzung wissenschaftlicher Konzepte.

Der technische Teil des Projekts verfolgt zwei Schritte:

1. Modellierung – Darstellung des Wasserhaushalts unter Berücksichtigung von Schwammflurmaßnahmen.
2. Toolbox „Schwammbox“ – Ableitung einer Effizienzbewertung und Übertragbarkeit auf andere Regionen.

Neben der technischen Umsetzung soll die Akzeptanz für Schwammflurmaßnahmen gestärkt und die Menschen vor Ort zu befähigt werden, langfristig Verantwortung für eine klimaresiliente Entwicklung zu übernehmen.

Schwammflurmaßnahmen sollen mithilfe einer hydrologischen Modellierung in Form von räumlich in drei Dimensionen differenzierten, physikalisch basierten Modellen im Catchment Modelling Framework (CMF; KRAFT et al. 2011) abgebildet werden. Für die Modellierung wurde CMF gewählt, da es als flexibler, physikalisch basierter Modellbaukasten die Abbildung komplexer hydrologischer Prozesse ermöglicht und frei verfügbar ist. Der 3D-Ansatz berücksichtigt sowohl horizontale als auch vertikale Strukturen, um die Interaktionen zwischen Oberflächen, Bodenschichten und Vorfluter realistisch darzustellen. Im Fokus steht dabei, wie sich der Wasserhaushalt durch die Maßnahmen über die Zeit verändert – insbesondere im Kontext von Starkregen und Dürre. Die Modellierung unterstützt das Gesamtziel des Projekts, die Wirksamkeit von Schwammflurmaßnahmen besser zu verstehen und langfristig übertragbare Erkenntnisse für andere Kommunen, Projekte und Modellregionen zu gewinnen. Dabei werden auch Lösungsansätze entwickelt, die eine Kalibrierung des Systems ohne klassische Messstationen ermöglichen. Das Modell zur Simulation wird nach Fertigstellung als Open-Source-Software veröffentlicht.

Für die Plausibilisierung und Kalibrierung des Modells werden zwei Datenquellen genutzt:

(1) Wasserstandsdaten und Abflussmengen im Vorfluter, erhoben durch Citizen Science (CrowdWater), und

(2) Bodenfeuchtedaten aus drei CRNS-Sensoren (Cosmic-Ray Neutron Sensing, eine Methode zur flächenhaften Erfassung der Bodenfeuchte).

Erste Plausibilisierungen mit den Citizen-Science-Daten zeigen eine vorläufige Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen und liefern Hinweise auf stimmige Modellannahmen. Die CRNS-Sensoren sind seit Sommer 2025 an drei Schwammflurmaßnahmen in Selbitz installiert und sammeln kontinuierlich Daten. Bis Anfang 2026 sollen sie kalibriert werden, um die Echtdaten und die modellierten Daten zu vergleichen und das Modell weiter zu validieren.

Dieses Poster stellt den entwickelten Modellansatz schematisch dar und es werden erste Ergebnisse der für die Kalibrierung genutzten Daten von CRNS und CrowdWater dargestellt und verglichen. Zudem wird ein Ausblick auf die geplante Toolbox des Modells aufgezeigt, welches eine generalisierte Übertragung der Projekterkenntnisse auf ähnliche Fragestellungen erlauben soll. Das entwickelte Modell mit seiner Toolbox richtet sich an Landschaftsplaner:innen und Hydrologen:innen, um die hydrologischen Effekte von Schwammflurmaßnahmen im Rahmen des Wassermanagements in der Landschaft besser einzuschätzen zu können.