Modellbasierte optimale Steuerung von Regenwassersystemen

Herausforderung:

Aufgrund des Klimawandels treten Starkregenereignisse häufiger und in größerem Umfang auf. Gleichzeitig sind Kanalisationen oft nicht für solch große Niederschlagsmengen ausgelegt, was bei stärkeren Niederschlägen zur Überflutung bestimmter kritischer Tiefpunkte führt.

Durch ein geeignetes Wassermanagement, welches Becken vorausschauend leert und während eines Starkregenereignisses das Wasser gezielt zurückhält, kann dieser Problematik entgegenwirken.

Lösung:

Hier kann die computergestützte Optimierung der Rückhaltebecken Abhilfe schaffen. Beispielhaft für die Stadt Flensburg werden verschiedene modellbasierte Optimierungsansätze zur Echtzeitimplementierung von Regelungsalgorythmen entwickelt und evaluiert.

Dazu wird ein hydrodynamisches Modell erstellt, welches den Abfluss des Niederschlags und die Fließwege durch das Regenwassernetzwerk beschreibt. Dieses muss so vereinfacht werden um in Echtzeitoptimierung durchführen zu können. Im Betrieb wird aus Radardaten die Regenintensität der nächsten zwei Stunden berechent und an das Modell übergeben.

Außerdem fließen die Messungen der Sensoren ein um im Abgleich mit dem Modell die Pegelstände des gesamten Wassernetzwerkes schätzen zu können. Anhand der Niederschlags- und Sensorinformation werden die Schieberstellungen ermittelt, welche vorher definierte Kriterien bestmöglich erfüllen.

Ergebnisse:

Das hydrodynamische Modell konnte erfolgreich mit der kostenfreien Software SWMM erstellt und mit historischen Sensordaten verbunden werden um die aktuellen Pegelstände zu schätzen. Aktuell arbeitet das Team an der Erstellung des vereinfachten Modells, um Echtzeitfähigkeit zu erreichen.

Ziel ist es, die Modelle an andere Städte weiterzugeben und deren Abwassersysteme auf die kostengünstige Weise zu optimieren.

Dauer:

Die Zusammenarbeit lief vom 1.1.2022 bis 31.1.2023

Partner der Zusammenarbeit: