Hahn auf, Wasser marsch: Trinkwasser ist das wichtigste Grundnahrungsmittel. Wasserversorgungsnetze sorgen dafür, dass Verbraucher*innen durchgängig damit versorgt werden. Meist verursacht durch Alterung und Abnutzung, verschlechtern Leckagen in Wasserversorgungssystemen deren Infrastruktur und verursachen weltweit Wasserverluste in Höhe von schätzungsweise 39 Milliarden US-Dollar pro Jahr. In ihrem neuen Forschungsprojekt LILA (Leakage Identification and Localization Algorithm) entwickelten Ivo Daniel, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Einstein Center Digital Future (ECDF) und am Fachgebiet Smart Water Networks der TU Berlin, Prof. Dr. Andrea Cominola, ECDF-Professor für "Digitale Vernetzung von Wasser- und Abwassersystemen" (Smart Water Networks) an der TU Berlin, und Kollegen den Einsatz eines sequenziellen, druckbasierten Algorithmus zur Identifizierung und Ortung dieser undichten Stellen Leckagen.
Im schlimmsten Fall kommt gar kein Wasser mehr bei den Verbraucher*innen an. Die schnelle Identifizierung und Lokalisierung einer Bruchstelle ist essenziell, um die Grundversorgung zu gewährleisten, aber auch um Folgeschäden, z.B. durch Aufschwemmung, zu minimieren oder gar ganz zu vermeiden. „Im Gegensatz zu überirdischer Infrastruktur wie Straßen liegen Wasserverteilungssysteme unter der Erde, wodurch die Identifizierung von Schäden erheblich erschwert wird. Gleichzeitig hat die Reinheit von Trinkwasser oberste Priorität: „Der Einsatz von Equipment wie Kameras in den Versorgungsrohren ist daher ausgeschlossen“, erklärt Ivo Daniel. Während Rohrbrüche aufgrund der plötzlichen Veränderung einfacher zu erkennen sind, sind schleichende Sickerverluste schwerer zu identifizieren.
Im Rahmen eines internationalen Wettbewerbs entwickelten Daniel und sein Team den Algorithmus LILA, um im ersten Schritt Leckagen zu identifizieren und örtlich einzugrenzen; Kolleg*innen der North Carolina State University widmeten sich dann dem zweiten Schritt der punktgenauen Ortung innerhalb des Versorgungssystems. Mit Hilfe des Referenzdatensatzes, der die Grundlage des Wettbewerbs darstellte, entwickelten die Wissenschaftler*innen den Algorithmus, der anhand von Wasserdruckmessungen die Druckverluste berechnet und vergleicht. „Der Druckverlust ist nicht überall gleich, dadurch lässt sich erkennen, welcher Sensor im Wasserversorgungssystem dem Leck am nächstem ist“, so Daniel. LILA kann alle im Datensatz enthaltenen Sickerverluste identifizieren und sie innerhalb einer maximalen Entfernung von 374 m von ihrem tatsächlichen Standort lokalisieren. Abrupte Leckagen werden sofort oder innerhalb von 2 Stunden erkannt, bei schleichend wachsenden Leckagen wird mehr Zeit benötigt wird.
„In dem Modell des Versorgungsnetzwerks, was uns im Rahmen des Wettbewerbs zur Verfügung gestellt wurde, beliefen sich die Wasserverluste auf rund 20 Prozent im Jahr durch Leckagen. Das heißt: Von dem Wasser, das ins System gepumpt wird, gehen 20 Prozent verloren, bevor es bei den Verbraucher*innen ankommt. Mit unserem Algorithmus konnten wir das auf 0,01 Prozent reduzieren“, so Daniel. Neben höheren Einnahmen hat die zeitnahe Behebung noch weitere Vorteile, wie zum Beispiel einen geringeren Energiebedarf, weniger Umweltbelastung und eine erhöhte Kundenzufriedenheit.
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