Online security management and reliability toolkit for water distribution networks (SMaRT Online WDN)

Eine jederzeit verfügbare und qualitativ hochwertige Trinkwasserversorgung ist in Deutschland und in Europa Stand der Technik. Alle technischen Prozesse von Rohwassergewinnung, Trinkwasseraufbereitung bis hin zur Trinkwasserverteilung sind erprobt, ausgereift und optimiert. Alle Versorgungsunternehmen kennen sowohl die Standardprozesse als auch ihre eigenen spezifischen Besonderheiten, wofür sie spezielle Lösungen entwickelt haben. Auch die zukünftige Versorgungssicherheit ist bei den Unternehmen auf der Agenda und wird in ausreichender Detailtiefe bearbeitet. Wie sicher sind aber die Trinkwasseranlagen und -Systeme gegenüber beabsichtigten und unbeabsichtigten gesundheitsgefährdenden Kontaminationen? Welche Methoden gibt es zur Vorbeugung und zur zeitnahen Detektion von solchen Kontaminationen und wie schnell können die Versorgungsunternehmen reagieren bzw. Gegenmaßnahmen zum Schutz der Gesundheit der Bevölkerung einleiten? Diesen Themen widmet sich das Forschungsvorhaben SMaRT-Online WDN. Die Ergebnisse des Projektes dienen als Grundlage für ein Management-Tool, durch das eine verbesserte Frühwarnung und auch gezielte Krisenbewältigungsstrategien erreicht werden kann. Es eignet sich sowohl für kleine und mittlere Wasserversorger als auch für große. Ausgehend davon, dass in "naher" Zukunft Sensoren zur Überwachung der Trinkwasserqualität und zeitnahen Detektion von gesundheitsgefährdenden Kontaminationen in Trinkwassernetzen eingesetzt werden können, ermittelt SMaRT-Online WDN eine optimale Platzierung für diese, so dass mit einer minimalen Anzahl von Sensoren die bestmögliche Überwachung erreicht wird. Lösen die Sensoren (einer oder mehrere) einen Alarm aus, startet ein Online-Simulationsmodell automatisch damit, den aktuellen Systemzustand des gesamten Versorgungsnetzes nahezu in Echtzeit abzubilden. Ein Transportmodell als Softwaremodule wird dann die Ausbreitung der detektierten Kontamination im Verteilungsnetz berechnen sowie deren Quellebereich eingrenzen. Die erreichten Ergebnisse des Projekts heben sich besonders durch ihren praktischen Bezug heraus. Die Simulationsergebnisse konnten an Pilotzonen von Berlin, Paris und Straßburg mit realen Bedingungen getestet werden. Auch für die Alarmgenerierung wurden lange Reihen an aktuellen und historischen Messdaten zur Verfügung gestellt. Das Transportmodell wurde anhand von Experimenten an realen Rohrleitungen kalibriert. An einem Testfeld der TZW Dresden wurde ein Modell von einem kleinen Trinkwassernetz aufgebaut und alle erarbeiteten Software-Module wurden in einem OPC-Server implementiert. Die Funktion und die Onlinefähigkeit des Management-Tools konnte mithilfe von ausgewählten Szenarien getestet werden. Die besondere Herausforderung für Forschungs- und beteiligte Praxispartner war hier allerdings die Bewertung der erforderlichen Daten für die Softwaremodule und Modelle wie z. B. zur präzisen Vorhersage von Verbrauchsdaten. Dieses Management-Tool kann schon heute als Offline-Lösung zum Einsatz kommen. Für die Online-Lösung jedoch wird, technisch gesehen, die kosteneffektive Anschaffung von Sensoren, die Anpassung von benötigten Systemdaten, die Online-Übertragung der Sensordaten an die Leitsysteme die Wasserversorger in der Zukunft beschäftigen. Auch politisch wird das Thema diskutiert werden, inwiefern die hierfür erforderlichen Investitionen erklärt werden.