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Die Ausgangssituation: Was ist die ökologische Herausforderung?

In Deutschland werden rund 70 Prozent des Trinkwasserbedarfs aus dem Grundwasser gedeckt. Allerdings ist der Zustand des Grundwassers in vielen Regionen gefährdet: So zeigt sich vielerorts eine besonders hohe Belastung durch Nitrat. Grund hierfür ist unter anderem die Düngung von Feldern mit Gülle oder Mineraldüngern. Zudem sind auch die klimatischen Entwicklungen von Bedeutung.

Programme zum Grundwasserschutz sollen zielgerichtet und lokal wirken. Hierfür sind detaillierte Informationen und Vorhersagen zu Nitratkonzentrationen im Grundwasser essentiell. Da die Konzentrationen räumlich und zeitlich stark variieren, ist die Aussagekraft einzelner Messungen begrenzt.

Die Idee: Welchen Beitrag kann KI konkret leisten?

Das Projekt leistet einen Beitrag zum Schutz des Grundwassers, indem es die Vorhersage zur räumlichen und zeitlichen Entwicklung der Nitratkonzentrationen im Grundwasser verbessert. Mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) und darauf aufbauenden intelligenten Unterstützungssystemen, soll die Nitratkonzentration reduziert werden. Dies wird durch maschinelle Lernverfahren erreicht, die die Wasserqualität auf Basis bestehender Messnetze räumlich präziser vorhersagen, als es aktuell mit konventionellen Methoden möglich ist. Ergänzend werden Empfehlungen zur Optimierung des Messnetzes abgeleitet, z.B. zu Standorten für zusätzliche Grundwassermessstellen. Zudem sollen offene Datenstandards weiterentwickelt werden, um die Datenerhebung und -auswertung auch bei verschiedenen Akteuren und Systemen zu verbessern.

Der Ausblick: Welchen Leuchtturmcharakter hat das Projekt?

Die entwickelten Lösungsansätze werden in zwei wasserwirtschaftlich bedeutenden Pilotregionen prototypisch implementiert und demonstriert: in den Einzugsgebieten des Zweckverbands Landeswasserversorgung in Baden-Württemberg und des Wasser- und Abwasser-Zweckverbands Niedergrafschaft in Niedersachsen.

Die beteiligten Projektpartner pflegen langjährige Kontakte zu Umweltämtern auf Landesebene und zu Wasserversorgern, die ihre Unterstützung des Projekts zugesagt haben. Die Demonstratoren in den beiden Pilotregionen und die Kontakte zu Akteuren in ganz Deutschland sollen sicherstellen, dass praxistaugliche Projektergebnisse nach Projektende zeitnah und bundesweit zum Einsatz kommen können.