Intelligente Werkzeuge für die nachhaltige städtische Wasserwirtschaft
Das Bevölkerungswachstum, veränderte Lebensweisen, alternde Infrastrukturen und zunehmend komplexe Systeme stellen die städtische Wasserbewirtschaftung vor Herausforderungen. Der Klimawandel kommt verschärfend hinzu, da es dadurch zu Wasserknappheit, einer Abnahme der Wasserqualität und extremeren Wetterereignissen mit höheren Niederschlagsmengen oder Hitzeinseln kommen kann. Um auf diese Probleme eingehen zu können, sind intelligentere digitale Systeme mit besseren Daten erforderlich. Zugleich müssen Erwartungen an Verantwortlichkeit und eine bessere Einbindung der Öffentlichkeit erfüllt werden. „Politische Maßnahmen wie die Wasserrahmenrichtlinie der EU halten die zuständigen Behörden zur Umsetzung von Wasserbewirtschaftungsplänen an; viele davon erfordern Wasserbilanzierungspraktiken auf Grundlage einer Echtzeitüberwachung, was oft gar nicht gegeben ist“, so Chrysi Laspidou, Projektkoordinatorin von Water4Cities. Das Projekt Water4Cities, das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert wurde, hat eine neue Methodik für die Regenwasser- und Wasserversorgungwirtschaft entwickelt. Sie basiert auf Überwachungsinstrumenten weit über dem Stand der Technik und wird durch die Visualisierung entscheidender Komponenten und Leistungskennzahlen (Key Performance Indicators, KPI) ergänzt. „Durch die Optimierung der Netzeffizienz anhand von Betriebsdaten schaffen unsere Prototypen Mehrwert für die Endnutzer und fördern zugleich eine nachhaltige städtische Wasserbewirtschaftung“, fasst Laspidou zusammen, die an der Universität Thessalien, der Gastgebereinrichtung des Projektes, tätig ist.
Prototypen für die Visualisierung und das Datenmanagement
Im Zentrum der Lösung von Water4Cities steht eine Plattform für die Erfassung von Sensordaten, algorithmusbasierte Analysen und Endnutzervisualisierung. „Das System ist sofort einsatzbereit und mit anderen Systemen für die Wasserabrechnung, meteorologische Daten sowie Druck- und Flussdaten kompatibel“, wie Laspidou erklärt. Water4Cities entwickelte zwei Pilotprototypen: einen für die Regenwasserbewirtschaftung in Ljubljana, Slowenien, und einen für die städtische Wasserversorgungswirtschaft in Skiathos, Griechenland. In Ljubljana ermöglichte eine Software zur Entscheidungsunterstützung anhand von Open Data, wie etwa von Regenmessstationen, die Visualisierung von Standorten und deren Merkmalen. Durch die algorithmische Verarbeitung dieser Daten und/oder von historischen Daten lassen sich dann Modelle zur Prognose der wahrscheinlichen Regenmenge oder des voraussichtlichen Grundwasserspiegels in unterschiedlichen Szenarien erstellen. Das System kann sogar fehlende Sensordaten ausgleichen. So leitet ein Algorithmus beispielsweise den Grundwasserspiegel – eine besonders schwer messbare Variable – aus anderen allgemein verfügbaren Daten wie dem Niederschlag ab. „Das Feedback aus der Bewertung des slowenischen Stadtplanungsunternehmens LUZ, für die Interviews mit zehn Vertretungspersonen aus Wissenschaft und Industrie durchgeführt wurden, war positiv“, so Laspidou. Der Prototyp in Skiathos mit dem Namen Polis Wizz, wurde von der Universität Thessalien gemeinsam mit Endnutzern wie dem Wasserversorgungsunternehmen DEYASK (Website nur auf Griechisch verfügbar) entwickelt. Die Daten stammten aus bereits vorhandenen Sensoren sowie neuen, vom Projekt installierten Sensoren, welche die Druck- und Flussrate, den Verbrauch in unterschiedlichen Haushalten sowie die Leitfähigkeit, Tiefe und Temperatur des Grundwassers aufzeichneten. Diese Daten wurden mit historischen Daten zum Wasserverbrauch und zur Infrastruktur sowie mit sozioökonomischen Daten kombiniert. Algorithmen und Visualisierungsfunktionen erstellen daraus systemweite KPI, wie Kosten, Verluste, Energieverbrauch und Leckagen, mit einer Detailtiefe, die der Quartiersebene entspricht und sogar auf stündlicher Basis bereitgestellt werden können. „Ein gut verwaltetes Netz kann länger aufrecht erhalten werden, spart Geld und macht es möglich, absehbare Probleme rasch zu beseitigen. Die Verbrauchenden profitieren von der kontinuierlichen Wasserqualitätsmessung, während die verringerte Überpumpung und Übernutzung von Grundwasser Energie spart und die Umwelt schont“, erläutert Laspidou. Die Plattform wurde auf der International Conference on Environmental Management, Engineering, Planning and Economics 2021 von Fach- und Laiennutzenden, welche die Öffentlichkeit vertraten, bewertet. „Sie wurde als gut durchdacht eingestuft und besonders für ihre Nutzungsfreundlichkeit und ihr Nutzungserlebnis gelobt. Wir griffen aber auch Verbesserungsvorschläge auf“, merkt Laspidou an.
Systemisches Denken
Um den Wissenstransfer zu fördern, leitete Water4Cities mehrere Abordnungen in die Wege und veröffentlichte zudem Schulungsinhalte. Die Quellen des Projektes werden Forschenden für die Folgeprojekte NAIADES und Circular City zur Verfügung stehen. Polis Wizz wurde zudem als möglicher Kandidat für die Kommerzialisierung hervorgehoben. Entsprechende Gespräche zwischen der Wissenschaft und Industrie laufen bereits. Die Universität Thessalien strebt die Einführung von Polis Wizz an, um zu erforschen, wie sich die vorhandenen Synergien und Konflikte in den miteinander vernetzten städtischen Untersystemen am besten koordinieren lassen.
Schlüsselbegriffe
Water4Cities, Wasserbilanzierung, Wasserqualität, Energie, Infrastruktur, Algorithmus, Wasserknappheit, Verbraucherinnen, Verbraucher, Verbrauchende, Verbrauch, Grundwasser, Flussrate, Klimawandel, Wetter
