Vereinfachungsmethodik für die Kanalnetzmodellierung

#Digitaler Zwilling #Kanalnetzmodellierung #Wasser-Extremereignisse #Simulationsmodelle #Modellreduktion
Das Bild zeigt eine schematische und automatisch erzeugte Darstellung des Mischwasserkanalnetzes von Hannover. Die wichtigsten Stränge sind als Linien und die wichtigsten Elemente des Systems sind als verschiedenfarbige Kreise zu erkennen. Man erkennt die Hauptfließrichtungen und Strukturen des Abwassersystems. Ebenfalls automatisch wird, entsprechend zu dieser Netzstruktur, ein vereinfachtes Kanalnetzmodell erzeugt, dessen Simulationszeit kurz genug ist, um als internes Modell in Digitalen Zwillingen oder Echtzeitsteuerungen dienen zu können. Durch Kopplung hydrologischer d.h. vereinfachter und hydrodynamischer also detaillierter Modellierungsansätze in einem Modell können die Vorzüge beider Ansätze genutzt werden. Dadurch können z. B. hydrodynamische Abflussprozesse dargestellt werden bei gleichzeitig hoher Simulationsperformanz.
Übersicht der Struktur des Mischwasserkanalnetzes der Stadt Hannover (Auszug). Mittels von im ZwillE-Projekt erarbeiteten Routinen können aus Kanalnetzdatenbanken bzw. aus detaillierten Kanalnetzmodellen automatisiert vereinfachte Kanalnetzmodelle abgeleitet werden. Das Bild zeigt als Zwischenschritt dieses Prozesses die Netztopologie des Kanalnetzes von Hannover. Das vereinfachte Kanalnetzmodell ist hochperformant und eignet sich daher – im Gegensatz zu detaillierten Kanalmodellen - als internes Simulationsmodell in Anwendungen wie einem Digitalen Zwilling oder einer modellbasierten Echtzeitsteuerung. Durch Kopplung hydrologischer (vereinfachter) und hydrodynamischer (detaillierter) Modellierungsansätze in einem Modell können die Vorzüge beider Ansätze genutzt werden (Darstellung hydrodynamischer Abflussprozesse, hohe Simulationsperformanz).

Es wurden allgemein anwendbare Routinen erarbeitet, die detaillierte Kanalnetzmodelle mit langen Rechenzeiten automatisiert in vereinfachte und dadurch schnell laufende Modelle transformieren. Diese sind schnell genug, um in einem Online-Modell wie bspw. einem Digitalen Zwilling verwendet werden zu können. Ein derartiges Modell bildet die Grundlage für die Abflusssimulation in einem Digitalen Zwilling des Kanalnetzes von Hannover.

Etliche Anwendungen von städtischen Entwässerungsmodellen erfordern hochperformante Simulationsmodelle. Zu diesen Anwendungen gehören unter anderem ein Einsatz in Digitalen Zwillingen und in (modell-prädiktiven) Echtzeitsteuerungen. Darüber hinaus erfordern auch andere Modellierungsanwendungen, die die Auswertung langer Zeitreihen und/oder einer Vielzahl von Szenarien beinhalten hochleistungsfähige Modelle, wie beispielsweise die Analyse von blau-grünen Infrastruktursystemen für große Netze unter Klimawandelannahmen. Eine neu entwickelte generische und automatische Routine ermöglicht die aufwandsarme Umwandlung von komplexen in vereinfachte Kanalisationssimulationsmodelle. Die resultierenden Modelle sind schnell genug, um als internes Modell innerhalb eines Digitalen Zwillings oder innerhalb einer modellbasierten Steuerung verwendet werden zu können. Neben der Implementierung innerhalb eines Digitalen Zwillings des Kanalnetzes der Stadt Hannover wurde diese automatisierte Routine auch für etliche weitere Kanalnetze in Europa, Asien, sowie Nord- und Südamerika angewendet. Eine Kombination aus detaillierten hydrodynamischen und vereinfachten hydrologischen Modellierungsansätzen innerhalb desselben Modells ermöglicht es zudem, die Vorteile beider Modellierungsansätze in einem Modell zu kombinieren.

Wasser­ressource: Abwasser, Oberflächenwasser, Regenwasser
Produkttyp:
  • Modelle & Software-Tools
Anwendungs­sektor: Städte und Kommunen, Wasserwirtschaft
Fördermaßnahme: WaX
Projekt: ZwillE

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