SEMAplus: Altersvorsorge für Abwasserkanäle
Altersvorsorge für Abwasserkanäle
Die öffentlichen Kanalnetze in Deutschland sind zusammen über eine halbe Million Kilometer lang. Diese wertvolle Infrastruktur gilt es zu erhalten. Mit SEMAplus liefern wir mithilfe datenbasierter statistischer Verfahren und künstlicher Intelligenz für diese Herausforderung innovative, nachhaltige und nicht zuletzt kostensparende Lösungen.
Sie benötigen Auskunft über den aktuellen Zustand Ihres gesamten Kanalnetzes sowie eine Sanierungsplanung für die nächsten Jahrzehnte? SEMAplus liefert Ihnen schnell und präzise Informationen und bietet Ihnen die Grundlage für zielgerichtete kurzfristige Instandhaltungen sowie langfristige Investitionsplanungen. SEMAplus benötigt dafür Ihre Inspektionsdaten, Informationen zu Material und Alter sowie, wenn vorhanden, Daten zu weiteren alterungsrelevanten Kanaleigenschaften und Umweltfaktoren. Somit sparen Sie an Ressourceneinsatz, Kosten und Zeit. Zugleich ermöglicht SEMAplus dank transparenter und leicht verständlicher Ergebnisse eine effiziente Kommunikation zwischen Entscheidungstragenden.
https://www.kompetenz-wasser.de/de/forschung/dienstleistungen/semaplus
Mall: Dezentrale Regenwasserbewirtschaftung Gewässerschutz – Starkregen – Stadtklima
Häufiger auftretende Starkregenereignisse und längere Hitzeperioden stellen auch die Siedlungswasserwirtschaft vor neue Herausforderungen. Prof. Dr. Heiko Sieker von der gleichnamigen Ingenieurgesellschaft zeigt, welche vor allem dezentralen Lösungen ergriffen werden können, um dabei auch Hochwassersituationen zu vermeiden.
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https://www.mall.info/unternehmen/veranstaltungen-und-messen/expertenvortrag-als-webseminar/
Umweltschutz in der Tiefe: Kanalbauer gehen Dingen auf den Grund
Hamm/Düsseldorf Meist nehmen wir die Kanalisation gar nicht wahr. Dabei ist sie essenziell: Sie führt sauberes Regenwasser in Flüsse und Abwasser in die Kläranlage. Für Bau und Instandhaltung sind Experten zuständig…mehr:
https://www.volksfreund.de/magazin/beruf/kanalbauer-gehen-dingen-auf-den-grund_aid-57063227
Fremdwasser richtig messen
Der Bedarf an Maßnahmen zur Reduzierung von Fremdwasser im kommunalen Kanalnetz steigt kontinuierlich. Das zeigt die Erfahrung als Messdienstleister. Zur Ermittlung von Fremdwasser werden Messkampagnen durchgeführt, bei denen Teileinzugsgebiete mit Durchflussmessungen ausgerüstet werden, um die Fremdwasserschwerpunktgebiete zu identifizieren. Bei nahezu allen Messkampagnen wird die Fremdwasserauswertung über die Nachtminimum-Methode (DWA-M 182) realisiert. Bei dieser Methode wird der geringste Tagesabfluss als im Wesentlichen dem Fremdwasser zugehörig gewertet.
Die DWA-M181 unterscheidet dabei:
Temporärmessungen (Dauer-, Langzeit- und Kurzzeitmessungen) und Einzelmessungen.
Sehr oft werden über Kurzzeitmessungen (DWA-M 181: Messdauer etwa zwischen einer Woche und drei Monaten) Fremdwasserschwerpunktgebiete identifiziert. Die durch NIVUS abgewickelten Messkampagnen dauern in der Regel zwischen vier und 12 Wochen.
Immer wieder gibt es auch Anfragen zur Fremdwasserermittlung über Einzelmessungen an verschiedenen Punkten eines Einzugsgebietes. Dabei sollen innerhalb einer Nacht an mehreren Punkten eines Einzugsgebietes mittels Einzelmessungen die Trockenwetterabflüsse ermittelt werden. Dies erfolgt zur Zeit des geringsten nächtlichen Abflusses. Es wird schnell klar, dass Einzelmessungen zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht über dieselbe Datenqualität verfügen können, wie Messungen über mehrere Wochen. Andererseits ist der Mittelaufwand im Vergleich zu Kurzzeitmessungen niedriger. Damit stellt sich die Frage nach dem optimalen Kosten-Nutzen Aufwand für Fremdwasseruntersuchungen. Dies soll vor allem im Hinblick auf mögliche folgende Investitionen bzw. Sanierungskosten betrachtet werden.
Ergebnisvergleich von Einzelmessungen und Kurzzeitmessungen
Für einen Vergleich von Aufwand und Nutzen einer Fremdwasserbestimmung wurden die Messdaten einer mehrmonatigen Messkampagne untersucht. Ziel war eine Fremdwasserermittlung für vier Teileinzugsgebiete.
Die Fremdwasserauswertung erfolgte über die Nachtminimum-Methode (DWA-M182). Für diesen Vergleich wurden etwaige Schmutzwasseranteile während des minimalen nächtlichen Abflusses vernachlässigt. Der minimale Abfluss bei Nacht entspricht daher im Folgenden zu 100 % dem Fremdwasserabfluss.
Dabei wurden drei verschiedene Varianten zur Messdatenerfassung betrachtet:
Variante 1: Durchflussmessung an 4 Messpunkten nacheinander während einer Ortsbegehung
Variante 2: Einbau von Durchflussmessungen parallel an allen 4 Messpunkten für die Dauer einer Nacht
Variante 3: Durchführung einer Messkampagne parallel an allen 4 Messpunkten über 6 Wochen
Unterschieden wird hier lediglich in der Messdauer. Fehler bei der Messdatenerfassung (z.B. Bedienerfehler) können hierbei außer Acht gelassen werden, da für den Vergleich der Varianten dieselben Messdaten verwendet wurden.
Der Messzeitraum der Kurzzeitmessung erstreckte sich über 6 Wochen (9. Februar bis 26. März). Zur Auswahl der Trockenwettertage wurde zeitgleich ein Niederschlagsschreiber betrieben. Das Kriterium für Trockenwettertage war eine Niederschlagssumme von 0,3 mm am betrachteten Tag sowie eine maximale Niederschlagssumme von 0,3 mm am Vortag.
Für den Messzeitraum ergaben sich damit 20 Trockenwettertage, aus denen für die Beurteilung der Einzelmessungen exemplarisch 3 Tage ausgewählt wurden.
Ergebnisse aus der Datenanalyse
Aus den kontinuierlich aufgenommenen Daten der Messkampagne wurden für drei Trockenwettertage gemäß Tabelle 2 für die o.g. Varianten 1 und 2 die entsprechenden Messdaten verwendet.
Für die Variante 1 wurde von einer Messdauer von 10 Minuten ausgegangen. Zusätzlich ist der zeitliche Aufwand für die Vorbereitung der Messung zu berücksichtigen. Dazu zählen neben der Vorbereitung der Messtechnik auch die Messstellenabsicherung sowie das Anlegen der persönlichen Sicherheitsausrüstung. In der Summe wird hier von einem Aufwand von 30 Minuten ausgegangen sowie von einer Fahrtzeit zwischen den Messpunkten von 10 Minuten. Damit beträgt die Dauer der Ortsbegehung etwa 2,5 Stunden.
Bei der Variante 3 wurden alle 20 Trockenwettertage ausgewertet. Tabelle 1 zeigt für diese Variante den mittleren minimalen Abfluss aller Trockenwettertage über den gesamten Messzeitraum.
Deutlich wird, dass durch Variante 1 höhere Abflüsse gemessen wurden als bei Variante 2. Über Variante 2 wird die gesamte Nacht messtechnisch hochaufgelöst erfasst, so dass der Zeitpunkt des minimalen Abflusses eindeutig bestimmt werden kann. Damit wird für jeden untersuchten Messpunkt die Ermittlung des minimalen Trockenwetterabflusses möglich.
Für Variante 1 kann der Zeitpunkt des geringsten Abflusses nur geschätzt werden. Ebenfalls können auch nicht an allen 4 Messpunkten gleichzeitig zum geschätzten Zeitpunkt die Durchflüsse messtechnisch erfasst werden. Dadurch wird der Fremdwasserabfluss bei Variante 1 in der Regel überschätzt.
Ein deutliches Beispiel finden wir am 10. März. Hier ist eine deutliche Abweichung der Ergebnisse der Varianten 1 und 2 an der Messstelle M03 zu erkennen. Die Ganglinie aus Abbildung 1 zeigt eine deutliche Erhöhung des Abflusses bei Nacht. Die Einzelmessung aus Variante 1 fällt genau in die Zeit des erhöhten Abflusses, die Messergebnisse täuschen damit einen zu hohen Fremdwasserabfluss vor.
Die dynamischen Veränderungen des Fremdwasseranfalls stellen eine weitere Einschränkung der Verwertbarkeit der Messdaten von Einzelmessungen dar. Abbildung 2 zeigt einen um etwa 20 % niedrigeren Abfluss am 17. Februar an der Messstelle M01. Dies deutet auf einen niederschlagsbedingten erhöhten Fremdwasserabfluss hin.
Zur Erfassung von Fremdwasserschwerpunkten eignen sich Kurzzeitmesskampagnen in idealer Weise. Die Auswertung von hochaufgelösten Messdaten mit Messdauern von mehreren Wochen und Monaten zeigt neben grundwasserbedingtem Fremdwasser auch niederschlagbedingtes Fremdwasser.
Aufwand und Nutzen der Varianten
Der Aufwand bei der Umsetzung einer Messkampagne zur Fremdwasserbestimmung besteht auf der einen Seite in der Bereitstellung von Fachkräften zur Durchführung der Messungen und andererseits in der Vorhaltung der notwendigen Messtechnik. Ebenso müssen Werkzeug, Fahrzeug und Sicherheitsausrüstung für die Durchführung vorhanden sein. Zusätzlich wird bei der Durchführung der Messungen neben dem Durchführenden eine aufsichtsführende Person als Sicherungsposten benötigt. Somit sind für alle Ortstermine zwei Personen zur Durchführung der Messungen notwendig.
Für Variante 1 besteht der Aufwand (Tabelle 3) aus lediglich einem Messgerät zur Durchflussermittlung bei einer Durchführungsdauer inklusive Rüstzeit von etwa 4 Stunden. Erschwert wird Variante 1 dadurch, dass während den Nachtstunden gearbeitet werden muss. Bei drei Einsätzen, wie im Beispiel beschrieben, verdreifacht sich der Aufwand.
Für die Varianten 2 und 3 werden jeweils 4 Messgeräte zeitparallel benötigt. Für die Durchführung nach Variante 3 ist zusätzlich ein Niederschlagsschreiber erforderlich. Für Einbau und Inbetriebnahme sowie den Ausbau der Messtechnik können etwa 8 Stunden angesetzt werden, für das Aufstellen und den Abbau des Niederschlagsschreibers maximal 30 Minuten.
Der wesentliche Unterschied zwischen den Varianten 2 und 3 ist der Betrieb der Messstellen für den ein Wartungsaufwand betrieben werden muss. Erfahrungsgemäß wird für 2 Wochen Messdauer mit einem Wartungsaufwand von etwa 20 Minuten pro Durchflussmessstelle gerechnet.
Das Ergebnis aus Variante 1 besteht lediglich aus je einem Messwert, für Variante 2 immerhin aus einer Ganglinie einer Nacht. Die Ergebnisse können als Orientierung zur Identifizierung von Fremdwasserschwerpunktgebieten genutzt werden (Tabelle 1), für weitere Auswertungen liegen jedoch keine Ergebnisse vor.
Aus Variante 3 können neben der Fremdwasserauswertung über die Nachtminimum-Methode weitere Erkenntnisse gewonnen werden. Je länger die Messdatenaufnahme stattfindet, desto besser werden die Erkenntnisse über den Verlauf des Fremdwasserabflusses. Die dynamische Veränderung über den Messzeitraum kann grafisch und tabellarisch dargestellt werden.
Das Vorliegen der Trockenwettertagesgänge erlaubt die Kennwerte des Trockenwetterabflusses zu ermitteln. Somit können Fremdwasseranteile bzw. –zuschläge sowie die Schmutzwasserabflüsse aus den Ergebnissen generiert werden.
Da über die Nachtminimum-Methode keine niederschlagsbedingten Fremdwasserabflüsse erkannt werden können, fehlt diese Information bei den Varianten 1 und 2. Die Messreihen aus Variante 3 zeigen bei der Analyse entsprechende Hinweise auf niederschlagbedingtes Fremdwasser. Abbildung 3 zeigt exemplarisch Regennachlaufzeiten nach Niederschlägen.
Für eine Einschätzung des Fremdwasserabflusses kann eine Nachtbegehung sowie eine Messdatenaufnahme über eine Nacht durchaus auf Schwerpunktgebiete hinweisen, jedoch sind durch geringfügig größere Aufwände deutlich sicherere und tiefergehende Ergebnisse erzielbar. Diese Ergebnisse lassen deutlich mehr Schlüsse über das Verhalten der Entwässerungsgebiete zu.
Fazit
Bei der Umsetzung von Maßnahmen zur Fremdwasserreduzierung sind Messkampagnen zur Identifizierung von Fremdwasserschwerpunktgebieten ein bedeutender Ausgangspunkt. Mitentscheidend für die Kosten-Nutzen Analyse ist die Dauer der jeweiligen Messung.
Vergleicht man Einzelmessungen mit Kurzzeitmessungen über mehrere Wochen und Monate fällt die Entscheidung klar zugunsten der Kurzzeitmessungen aus. Der Aufwand, der hauptsächlich im Personaleinsatz besteht, ist bei letzteren nur unwesentlich höher. Jedoch liefern die gewonnenen Messreihen einen deutlichen Zuwachs verwertbarer Ergebnisse.
Einerseits können durch Nachtbegehungen gleichfalls mögliche Fremdwasserschwerpunktgebiete erkannt oder zumindest abgeschätzt werden. Dies rechtfertigt jedoch nicht zwingend den unwesentlich geringeren Aufwand, etwa dadurch, dass ein einzelnes Durchflussmessgerät als messtechnische Ausstattung genügt. Dabei sollte nicht unterschätzt werden, dass für Variante 1 die messtechnische Umsetzung in den Nachtstunden bei Trockenwetterabfluss durchgeführt werden muss.
Bei der Suche nach Fremdwasserschwerpunktgebieten sollte eine Messkampagne über mindestens 4 Wochen durchgeführt werden, um eine ausreichende Zahl an Trockenwettertagen zu gewährleisten. Messzeiträume von drei Monaten haben sich bewährt. Die hochauflösenden Messreihen erlauben neben der Quantifizierung der Fremdwasseranteile oder Fremdwasserzuschläge auch die Ermittlung des Schmutzwasserabflusses. Ebenfalls lassen die Messreihen eine Abschätzung des niederschlagsbedingten Fremdwasserabflusses zu.
Literatur:
/1/ DWA-M 181. Messung von Wasserstand und Durchfluss in Entwässerungssystemen. Hennef: Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., 2011
/2/ DWA-M 182. Fremdwasser in Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden. Hennef: Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., 2012
Autor:
Dipl.-Ing. Thomas Schäfer
Projektleiter
NIVUS GmbH
Im Täle 2
75031 Eppingen
07262 9191-0
https://www.nivus.de/de/aktuelles-presse/presse/fremdwasser-richtig-messen/
Unsere Videoreihe über den Salzbachkanal ist online
Aufgrund der aktuellen Situation können keine Führungen durch den Salzbachkanal angeboten werden.
Daher haben wir uns dazu entschieden, eine dreiteilige Videoserie über den Kanal zu produzieren, welche neben exklusiven Aufnahmen alle relevanten und interessanten Informationen über den Kanal bündelt.
Die Videos können auf dem Youtube-Kanal der ELW angeschaut werden.
Links:
Im Salzbachkanal- Teil 1: Einführung
Im Salzbachkanal- Teil 2: Die Historie
Im Salzbachkanal- Teil 3: Mischwasser und Regen
Viel Spaß beim Anschauen!
Hochwasserfrühwarnsystem kann in erste Phase starten
Machbarkeitsprüfung wird mit rund 135.000 Euro gefördert
Die Stadt Goslar erhält rund 135.000 Euro Fördermittel für eine Machbarkeitsprüfung zum Aufbau eines auf künstlicher Intelligenz (KI) basierenden Hochwasserfrühwarnsystems für die Altstadt. Ein entsprechender Zuwendungsbescheid ist jetzt bei der Stadtverwaltung eingegangen. Die Förderung in Höhe von 135.678,10 Euro erfolgt durch den Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) und beinhaltet eine 70-prozentige Förderung der kalkulierten Gesamtkosten von 195.131 Euro. Damit kann die erste Phase des digitalen Projekts starten, das die Stadt Goslar gemeinsam mit der TU Clausthal und den Harzwasserwerken auf den Weg gebracht hatte. Es geht nun zunächst darum, die Eignung des digitalen Frühwarnsystems für den Hochwasserbereich zu prüfen und dessen Pra-xistauglichkeit in einem Grobkonzept aufzuzeigen. In einer zweiten Phase wäre dann das System in der Goslarer Altstadt einzuführen, die benötigten Pegelmessstellen zu installieren und die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Standorte sicherzustellen.
Oberbürgermeister Dr. Oliver Junk freut sich über die positive Nachricht: „Unsere hartnäckigen Bemühungen um Fördermittel sind nun doch noch von Erfolg gekrönt worden. Die tech-nische Innovation des Hochwasserschutzes durch das KI-System könnte nicht nur der Stadt Goslar helfen, sondern in vielen Hochwassergebieten einen besseren Schutz bieten.“ Ein erster Antrag auf Förderung durch das Bundesumweltministerium scheiterte, es folgten zahl-reiche Gespräche, in denen Überzeugungsarbeit geleistet werden musste. In zwei gut besuchten Bürgerinformationsveranstaltungen wurde das Frühwarnsystem außerdem der Go-slarer Bevölkerung vorgestellt – nun kann es endlich losgehen.
Das digitale Hochwasserfrühwarnsystem ist für Junk ein weiterer Baustein zur Vermeidung von Überflutungen: „Die Stadt Goslar arbeitet konzentriert am Hochwasserschutz und zwar an verschiedenen Stellen.“ Im baulichen Bereich läuft an der Abzucht am Moritz-von-Sachsen-Platz die finale Ausführungsplanung und mit dem im Bau befindlichen neuen Rück-haltebecken in Immenrode werden erhebliche Verbesserungen zum Hochwasserschutz er-zielt. Außerdem wurde und wird weiterhin in die Verbesserung der Ausrüstung der Feuer-wehr investiert. Die KI bilde nun die dritte Säule und man sei bei diesem Thema schon sehr weit vorangekommen, so Junk. Er dankte ausdrücklich Professor Dr. Andreas Rausch, Ge-schäftsführer des Instituts for Software and Systems Engineering (ISSE) an der TU Claust-hal, als Projektpartner für die erfolgreiche Zusammenarbeit genauso wie Oliver Kasties, Fachbereichsleiter Zentrale Dienste, der den Prozess im Rahmen des Projekts „Smart Cities“ seitens der Stadt Goslar begleitet.
Im Nachgang an das Hochwasser in der Goslarer Altstadt im Sommer 2017 hatte das ISSE im Rahmen einer Lehrveranstaltung im Sommer 2018 untersucht, inwiefern sich Hochwasserereignisse mit Hilfe künstlicher Intelligenz unter Betrachtung verschiedener meteorologischer und hydrologischer Daten vorhersagen lassen. Diese Untersuchung wurde von den Harzwasserwerken durch die Zurverfügungstellung von Daten und der Stadt Goslar durch die Bereitstellung von Expertise unterstützt.
Im Rahmen des Vorhabens soll nun ein System entwickelt werden, das in der Lage ist, die Verteilung von Wasser in komplexen Systemen vorherzusagen und Handlungs- oder Steuerungsempfehlungen zum Wassermanagement zu geben. Aktuell erfolgt die Hochwasserwarnung für die Goslarer Altstadt reaktiv und ist gebunden an die Überschreitung eines als kritisch bewerteten Pegelstands im oberen Bachverlauf. Die sich daraus ergebenden Vorwarn-zeiten erlauben den Feuerwehren und Katastrophenschutzdiensten keine ausreichenden Vorbereitungen, wie z.B. die Befüllung von Sandsäcken oder die Evakuierung der Bevölkerung. Ziel ist es, eine sicherere Prognose zu berechnen. Die Vorhersage von Hochwasserereignissen für die Goslarer Altstadt soll dadurch auf einen Zeitraum von bis zu vier Stunden vor Eintreffen des Hochwassers erhöht werden.
Schacht-in-Schacht-Sanierungen dank 3D-Vermessung noch effizienter
Eine bewährte Möglichkeit, um marode Kanalschächte dauerhaft und schnell zu sanieren, ist die von REHAU angebotene Schacht-in-Schacht-Sanierung. Der Systemanbieter hat das Verfahren nun weiter präzisiert: durch Vermessung mit 3D-Laserscantechnik, Zustandsbewertungen und Einbau – alles aus einer Hand.
Kaputte Kanalschächte – die versteckten Umweltsünder
Experten gehen davon aus, dass 30 bis 50 Prozent der bestehenden Kanalschächte in Deutschland schadhaft sind. Ein kaputter oder undichter Kanalschacht belastet durch austretendes Schmutzwasser das Grundwasser und infiltriertes Grundwasser wiederum die Kläranlagen. REHAU hat als Lösung das Prinzip der Schacht-in-Schacht-Sanierung entwickelt. In den bestehenden, zu sanierenden Betonschacht wird ein AWASCHACHT der nächstkleineren Nennweite eingesetzt. Der alte Schacht muss so nicht aufwändig ausgehoben werden, sondern bleibt als so genannte „verlorene Schalung” im Boden. Die Gerinneleitung kann bereits nach vier Stunden wieder geöffnet werden. Dazu braucht diese Sanierungsalternative wesentlich weniger Platz als eine Erneuerung in offener Bauweise.
3D-Laserscantechnik für maßgeschneiderte polymere Schächte
Dieses Prinzip wurde nun von REHAU maßgeblich weiterentwickelt. Die 3D-Vermessung des Altschachts per Laserscanner sorgt für noch mehr Schnelligkeit, Präzision und Planungssicherheit. Zum einen erlauben die Scandaten eine exakte Zustandsbewertung für die anstehende Sanierung. REHAU kann damit den Kunden fundiert beraten, ob er eine Schacht-in-Schacht-Sanierung oder einen Ersatzneubau braucht. Zum anderen können mit Hilfe der erfassten Daten in kürzester Zeit maßgeschneiderte polymere Schächte produziert werden. Fehleranfällige Planungsschritte in der Schachtkonfiguration werden dadurch vermieden.
PP-Schächte mit 100 Jahren Lebensdauer
Der bei der Schacht-in-Schacht-Sanierung verwendete AWASCHACHT aus hochwertigem Polypropylen bringt zusätzliche Vorteile mit sich. Das Material ist wesentlich leichter als Beton und lässt sich dadurch auch in engen Baustellenumgebungen sicher handhaben. Dazu kommen unter anderem seine chemische und thermische Belastbarkeit und seine Kompatibilität mit allen Rohrwerkstoffen wie Steinzeug, Guss und Beton. Aufgrund seiner langen Lebensdauer ist er auf 100 Jahre abschreibbar. REHAU folgt damit seinem Motto, mit innovativen Produkten die Dinge komfortabler, sicherer und effizienter zu machen.
Weitere Informationen erhalten Sie unter rehau.de/schacht-in-schacht-sanierung
Kompetenz-Wasser im Spiegel
Das KWB ist mit seiner Expertise im Bereich Mischwassereinleitungen im aktuellen SPIEGEL (Nr. 43/2020) vertreten. Unter dem Titel „Brühe im Bach“ wird treffend und leicht verständlich die komplexe Problemlage beschrieben, mit der sich Kommunen gerade unter den Vorzeichen des Klimawandels bei der Ableitung und Behandlung von Abwasser auseinandersetzen müssen. Unter den zitierten Fachleuten ist auch unsere Leiterin „Urbane Gewässer“ Pascale Rouault, von der gesagt wird: „Nur wenige Menschen in Deutschland haben sich in den vergangenen Jahren so intensiv mit den Auswirkungen von Mischwasser auf Gewässer beschäftigt wie sie.“
Ein toller Beitrag. Eine Anerkennung für alle unsere Berliner Partner*innen, die mit uns an Innovationen arbeiten (u.a. die Berliner Wasserbetriebe, die Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz Berlin, Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Wohnen Berlin, sowie Dr. Schumacher Ingenieurbüro für Wasser und Umwelt). Und außerdem eine Bestätigung unserer langjährigen Forschungserfahrungen an der Schnittstelle von Entwässerung und Gewässerschutz u.a. in unseren in aktuellen Projekten UFOPLAN BaSar, SPuR, iBathWater, netWORKS4, R2Q und digital-water.city sowie dem seit 2018 betriebenen Vorhersagesystem zur Badegewässerqualität.
https://www.kompetenz-wasser.de/de/news-item/kwb-im-spiegel/
CoV im Abwasser nachweisbar
Im Abwasser lassen sich nicht nur Antiobiotika oder Drogen, sondern auch Krankheitserreger nachweisen. Genau darauf setzt ein österreichweites Forschungsprojekt, bei dem mittels Analyse von Abwasserproben das Coronavirus im Einzugsgebiet einer Kläranlage nachgewiesen werden kann. Seit dem Sommer beteiligt sich auch Kärnten an diesem Projekt und es gibt bereits erste Ergebnisse.
https://kaernten.orf.at/stories/3077118/
Kläranlagen: Viruslast stabilisiert sich auf hohem Niveau
Die Forscher des LIST haben einen neuen Bericht über die Virenkonzentration im Abwasser veröffentlicht.
Die Corona-Viruslast in den Abwässern des Landes hat sich in der vergangenen Woche auf einem hohen Niveau stabilisiert. Dies geht aus den neuesten Erkenntnissen des Coronastep-Berichts des Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) hervor.
Auch wenn das Abwasser weiterhin hohe Rückstände des Virus aufweise, so sei …
Raumordnungsplanung und Hochwasserrisikomanagement verknüpfen
Das Bundesinnenministerium hat einen länderübergreifenden Bundesraumordnungsplan für den Hochwasserschutz (BRPH) in die Verbändeanhörung gegeben. Mit dem Entwurf wird der seit längerem erwartete Schritt zu einer besseren Einbindung der Raumordnungsplanung in die Planungen des Hochwasserschutzes als Teil des Hochwasserrisikomanagements unternommen, was seitens der DWA sehr begrüßt wird. Auf der anderen Seite darf aber die wasserwirtschaftliche Daseinsvorsorge durch die Raumordnungsplanung nicht unangemessen erschwert werden. Viele abwassertechnische Anlagen sind Teil der Kritischen Infrastruktur. Nach dem vorliegenden Entwurf dürften sie in Überschwemmungs-, Risiko- und Küstengebieten grundsätzlich nicht mehr gebaut werden. Aus technischen Gründen ist es oftmals aber erforderlich, Kläranlagen oder Teile des Kanalnetzes in tiefliegenden und gewässernahen Bereichen und damit in Überschwemmungsgebieten zu errichten. Als entscheidendes Kriterium für die Zulässigkeit von wasserwirtschaftlichen Anlagen sieht die DWA nicht die Zuordnung zur Kritischen Infrastruktur, sondern ihre „Verwundbarkeit” und das Risiko für Schäden. Das Merkblatt DWA-M 103 „Hochwasserschutz für Abwasseranlagen” gibt hierzu wichtige Hinweise.
Weiterführende Links
Stellungnahme der DWA zum Länderübergreifenden Raumordnungsplan für den Hochwasserschutz
https://de.dwa.de/de/stellungnahmen-5980.html
Eawag: Kurzschlüsse erhöhen Pestizidbelastung
Im Landwirtschaftsgebiet fliesst viel Wasser von den Feldern, sowie von Strassen und Wegen über Schächte und andere künstliche Entwässerungen direkt in Bäche. Über solche Kurzschlüsse gelangen auch Pestizide in die Gewässer – eine neue Studie sagt, deutlich mehr als bisher angenommen.
20 Einzugsgebiete im Mittelland und im Jura haben die Forschenden in ihrer soeben in der Zeitschrift Aqua&Gas publizierten Studie untersucht. Mit Drohnenaufnahmen, Plänen und Begehungen wurde nach Einlauf- und Kontrollschächten gesucht, von denen Wasser rasch in den nächsten Bach gelangt. Erfasst wurden auch Rinnen und Entwässerungsgräben entlang von Strassen und Feldwegen, die das gesammelte Regenwasser direkt ins nächste Gewässer schicken. Weil dieses Wasser in beiden Fällen weder über …mehr:
https://www.eawag.ch/de/news-agenda/news-plattform/news/kurzschluesse-erhoehen-pestizidbelastung/
Aufbau von zusätzlichen Regenwasserbecken / Kanaldimensionierung
Potentielle Maßnahme
Starkregenereignisse erhöhen die Menge an Wasser, die von Kanalnetzen aufgenommen werden und sie durchlaufen. In Folge dessen tritt überschüssiges Wasser aus den Kanalnetzen aus, was zu Überflutungen und Schadstoffeinträgen in umliegenden Gewässern führt. Dem kann durch den Bau zusätzlicher sogenannter Entlastungsbauwerke (Regenwasserbecken in offener oder ge-schlossener Bauweise) und der Vergrößerung der Kanaldimensionierung entgegengewirkt werden. In Regenüberlaufbecken wird überschüssiges Wasser gesammelt. Dieses kann nach Ende des Niederschlags in die Kanalisation eingeleitet und dem Klärwerk zugeführt werden, wenn deren Kapazitäten es ermöglichen.
Mehr: steckblatt_c16_angepasste_abwassersysteme.pdf
Mall: Marktbefragung zum Umgang mit Regenwasser in D-A-CH
Eine Branche plant dezentral
98 % der Teilnehmer an der aktuellen Marktbefragung erwarten eine gleichbleibende bzw. verstärkte Nachfrage der Regenwasserbewirtschaftung.
Die Mall GmbH hat im September 2020 die Ergebnisse einer aktuellen Marktbefragung zum Umgang mit Regenwasser vorgestellt, für die sie die Antworten von über 5.000 Teilnehmern aus Architektur- und Ingenieurbüros, Handwerk, Behörden, Hochschulen und dem Baustofffachhandel ausgewertet hat. Ziel war es herauszufinden, wie Branchenvertreter in Deutschland, Österreich und in der Schweiz die Zukunftschancen dezentraler Maßnahmen einschätzen, was die Topthemen der Zukunft sind und wie sich diese Einschätzungen seit der letzten Umfrage 2015 verändert haben.
Die Ergebnisse bestätigen eindrucksvoll, dass ein Umdenken in der Branche stattfindet: 76 % der Befragten sehen die dezentrale Regenwasserbewirtschaftung positiv und zeigen so den Paradigmenwechsel im Umgang mit Regenwasser, der seit zwei Jahrzehnten stattfindet. Aus diesem Grund erwarten insgesamt 98 % der Umfrageteilnehmer auch eine steigende oder zumindest gleichbleibende Nachfrage bei Maßnahmen der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung. Die ungleiche Verteilung des Regenwassers zwischen Starkregenereignissen und Trockenperioden spiegelt sich auch in den Topthemen der Zukunft wider: In der Umfrage stehen der Umgang mit Starkregen und das Thema Regenwassernutzung bei den Befragten ganz oben. So ist es auch der Ausgleich zwischen Wasserüberschuss und Wassermangel, der von 69 % der Befragten als größte Chance bei den Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung angesehen wird. Im Vergleich zur Umfrage von 2015 haben dabei die Bereiche Versickerung, Rückhaltung und Nutzung mit jeweils plus 5-10 % deutlich an Bedeutung gewonnen. Die Ergebnisse der Umfrage sind online unter https://www.mall.info/produkte/regenwasserbewirtschaftung/umfragen-regenwasser/ abrufbar.
Anforderungen an Leichtflüssigkeits-Abscheideranlagen
Wo Mineralöle im Abwasser anfallen, können Leichtflüssigkeitsabscheideranlagen das Klärwerk entlasten. Bei Planung, Bau und Betrieb solcher Anlagen sind jedoch einige Fallstricke zu beachten.
Entscheider-Facts
Leichtflüssigkeitsabscheideranlagen sind dem Klärwerk vorgeschaltet und können dieses entlasten.
Bei der Planung sind verschiedene gesetzliche Regelungen wie das Wasserhaushaltsgesetz sowie technische Normen zu beachten.
Auch Wartung und Reinigung müssen regelmäßig erfolgen und bestimmte Kriterien erfüllen.
Leichtflüssigkeitsabscheideranlagen sind dem Klärwerk vorgeschaltet …mehr:
https://www.chemietechnik.de/anforderungen-an-leichtfluessigkeitsabscheideranlagen/
Modell des AWI berechnet Wasserstände von Flüssen drei Monate im Voraus
Mithilfe von globalen Meeres- und Klimadaten können Niedrigwasser bereits drei Monate vor ihrem Eintreten zuverlässig vorhergesagt werden. Zu diesem Ergebnis kommen Forscherinnen des Alfred-Wegener-Institutes (AWI), nachdem sie ein von ihnen entwickeltes Berechnungsmodell zur langfristigen Vorhersage von Durchflussmengen in Flüssen
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Covid-19: Kläranlagen als Frühwarnsystem – TU Darmstadt analysiert das Erbmaterial von SARS-CoV-2 aus Abwasserproben
Forschende der TU Darmstadt weisen Coronaviren im Abwasser nach. Zusammen mit der Stadtentwässerung Frankfurt am Main entwickeln sie ein Monitoringsystem, das auch Infizierte erkennt, die keine erkennbaren Symptome zeigen.
Seit einigen Wochen steigt die Zahl der neu mit SARS-CoV-2 infizierten Personen bundesweit wieder an. „Für die Stadt Frankfurt haben wir diesen Trend schon bemerkt, bevor er sich in den Zahlen der offiziell bestätigten Fälle zeigte“, sagt Professorin Susanne Lackner, Leiterin des Fachgebiets Abwasserwirtschaft an der TU Darmstadt. Sie und ihr Team untersuchen Wasserproben aus Frankfurter Kläranlagen auf Coronaviren: „Im Juli lagen die Virenkonzentrationen im Abwasser noch stabil auf relativ niedrigem Niveau, dann stiegen die Werte deutlich an.“
Infizierte Personen scheiden Coronaviren mit dem Stuhl aus. Nach aktuellem Kenntnisstand befinden sich im Abwasser zwar keine infektiösen Viren mehr, aber ihr Erbgut lässt sich mit der in der Medizin etablierten PCR-Technik nachweisen. Die Messung ist so empfindlich, dass sie weniger als zehn bestätigte Covid-19-Fälle pro 100.000 Einwohner detektiert. „Von Vorteil ist, dass wir mit der Methode auch asymptomatisch Infizierte erfassen“, betont Lackner. Ziel ihrer Forschung ist die Etablierung eines Monitoringsystems für die Stadt Frankfurt. Bei ansteigenden Virenmengen im Abwasser sollten Schutzmaßnahmen verschärft, bei einem Rückgang könnten sie wieder gelockert werden.
Lackners Arbeitsgruppe ist hessenweit die erste, die ein solches Konzept entwickelt und in einer Großstadt testet. Die Darmstädter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhalten zweimal wöchentlich Proben aus den Zuläufen zu den Frankfurter Klärwerken in den Stadtteilen Sindlingen und Niederrad, die Abwasser von insgesamt über 1,8 Millionen Bürgern aufbereiten, sowie aus einem Teilzulauf in Griesheim. Zukünftig könnte die Probenahme erweitert werden, so Lackner: „Wenn wir das Infektionsgeschehen genauer und regionaler, etwa in einzelnen Stadtteilen, verfolgen wollen, müssten Proben häufiger und auch direkt im Kanalsystem entnommen werden.“
Lackner und ihre Mitarbeitenden untersuchen zudem das Abwasser vom Frankfurter Flughafen. In diesen Proben bestimmen sie nicht nur die Virenmenge anhand ausgewählter Genfragmente, sondern sie sequenzieren das komplette Erbgut der Krankheitserreger, um mehr über die Herkunft und Verbreitungswege der Viren zu erfahren. Mittlerweile gibt es verschiedene regionale Varianten von SARS-CoV-2, da sich das Erbmaterial der Viren im Lauf der Zeit ändert. Erste Ergebnisse zu den Proben vom Frankfurter Flughafen werden voraussichtlich in einigen Wochen vorliegen.
Das Land Hessen unterstützt die Corona-Projekte des TU-Fachgebiets Abwasserwirtschaft seit Juni im Rahmen des „Operationellen Programms für die Förderung von Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).
https://idw-online.de/de/news752965
Claudia Staub Stabsstelle Kommunikation und Medien
Technische Universität Darmstadt
Wasser 4.0: Ein „Digitaler Zwilling“ für das Kanalsystem
Stefanie Terp Stabsstelle Kommunikation, Events und Alumni
Technische Universität Berlin
Mit der Entwicklung des „Digitalen Zwillings“ einer Pumpstation wollen TU-Ingenieur*innen in Zeiten des Klimawandels die Abwasser-Infrastruktur von Megastädten besser verstehen und beherrschbar machen
Zuverlässig mit sauberem Frischwasser versorgt zu werden, ist für viele Menschen heute selbstverständlich. Doch das intelligente Management und die sichere Behandlung von Wasser und Abwasser sind ingenieurtechnische Höchstleistungen, denn Urbanisierung und Klimawandel belasten die natürlichen Ressourcen zunehmend. Um gerade in großen Städten die entsprechenden Infrastrukturen effizienter und besser beherrschbar zu machen, schaffen Wissenschaftler*innen der TU Berlin innovative, intelligente Konzepte und Strategien und untersuchen sie in einer realistischen Umgebung. Dafür entwickeln sie zusammen mit der Siemens AG und den Berliner Wasserbetrieben derzeit den „Digitalen Zwilling“ einer Pumpstation. Mit seiner Hilfe wird es künftig möglich sein, virtuell Probleme im Abwassersystem zu detektieren sowie dieses mit smarter Technik vorausschauend zu betreiben und funktionsfähig zu halten.
„Der digitale Zwilling ist ein echter Meilenstein auf dem Weg zu Wasser 4.0“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Paul-Uwe Thamsen, der das Fachgebiet Fluidsystemdynamik am Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik der TU Berlin leitet. In seiner Laborhalle auf dem Campus der Universität steht die riesige Versuchsanlage einer Pumpstation an der sein Wissenschaftler*innen-Team in verschiedenen Projekten digitale Möglichkeiten in Betrieb und Wartung, Datenanalysen und Vernetzung solcher Infrastrukturen erforschen.
Hitze, Trockenheit und Starkregen belasten das Kanalsystem
„Allein Berlin ist in den vergangenen 20 Jahren um 300.000 Menschen gewachsen“, so Thamsen. „Lange Trocken- und Hitzeperioden nehmen zu, ebenso Starkregenereignisse. Das macht insbesondere unseren Abwassersystemen sehr zu schaffen.“ Geruchsbelästigungen aus dem Abwassernetz sind die Folge, Einbauteile korrodieren, die Starkregenfälle überlasten das Kanalnetz, was dazu führt, dass die Mischwasserkanäle mit Oberflächen- und Abwässern überlaufen und belastetes Abwasser freisetzten.
Als Forschungspartner der TU Berlin hat die Siemens AG rund 500.000 Euro investiert, um die Pumpenversuchsanlage der TU-Forscher mit der neuesten Technologie auszustatten, die die Anlage nun Schritt für Schritt um einen digitalen Anlagenzwilling erweitert, so dass schließlich alle Informationen des Versuchsstandes in einer digitalen Umgebung vorliegen: Planungsunterlagen, technische Daten, Einstellparameter, Betriebs- und Wartungsinformationen bis hin zur Fehlerdiagnose mit selbstständiger Reaktion zur Fehlerbehebung.
Effiziente und ökonomische Wasserwirtschaft
Für die Berliner Wasserbetriebe, den zweiten Forschungspartner ist ein weiterer Aspekt besonders interessant, den der Digitale Anlagenzwilling verspricht. „Durch die intelligente Vernetzung von vorhandenen Wasser- und Abwasserrückhalteeinrichtungen und die vorausschauende Betriebsweise von Abwasserpumpstationen werden Niederschlagsereignisse besser beherrschbar und energetische Einsparungen gegenüber dem regulären Betrieb möglich“, so Thamsen. „Das kann auch den Bau neuer Anlagen ersparen, der oft mit Millionen-Investitionen verbunden ist. Die Digitalisierung des Systems unterstützt also eine effiziente und ökonomische Wasserwirtschaft.“
Ein großes Problem sind im städtischen Abwassersystem sind zum Beispiel die sogenannten „Verzopfungen“. Das sind meterlange, stinkende und schleimige dicke Materialklumpen, die sich regelmäßig tief unter der Erde der summenden Metropole im Abwasserstrom ineinander verdrehen und schließlich die riesigen Abwasserpumpen blockieren. Mitarbeiter der Berliner Wasserbetriebe müssen diese dann von Hand aus der Pumpstation zerren, damit die Berliner Straßen nicht zur Kloake werden. Hauptverursacher sind feuchte Baby- oder Hygienetücher, die achtlos in die Toilette geworfen werden, denn sie lösen sich im Abwasser nicht auf. „Mit dem Digitalen Zwilling kann man die Gefahr solcher Verzopfungen frühzeitig erkennen und die Pumpen rückwärts laufen lassen, um sie zu reinigen“, so Thamsen. „Alles in allem hilft uns die Digitalisierung, unsere Infrastrukturen optimal zu verstehen und zu nutzen.“
Mit der neuen Versuchsanlage der „quasi realen Pumpstation“ plus dem digitalen Zwilling steht der TU Berlin eine experimentelle Grundausstattung zur Verfügung, an der zahlreiche innovative Lösungen für „intelligente Pumpstationen“ entwickelt werden. Diese können auf beliebige Abwassernetzstrukturen unterschiedlichster Städte angewandt werden.
https://www.fsd.tu-berlin.de/menue/forschung/
https://new.siemens.com/global/en/company/stories/industry/digital-twin-digitali…
Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
https://idw-online.de/de/news751493
Prof. Dr.-Ing. Paul-Uwe Thamsen
Technische Universität Berlin
Fakultät V Verkehrs- und Maschinensysteme
Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik
Fachgebiet Fluidsystemdynamik – Strömungstechnik in Maschinen und Anlagen
Tel.: 030 / 314 – 25262
E-Mail: paul-uwe.thamsen@tu-berlin.de
Weitere Informationen:
https://www.fsd.tu-berlin.de/menue/forschung/
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Klimaschutzprojekte im kommunalen Umfeld – Kommunalrichtlinie eine Initiative des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit
AKTUELLE HINWEISE ZUR KOMMUNALRICHTLINIE IN ZEITEN VON CORONA
Antworten zu häufigen Fragen im Zusammenhang mit der Kommunalrichtlinie finden Sie hier.
Das Bundesumweltministerium baut die erfolgreiche Förderung des Klimaschutzes in Kommunen weiter aus. Mit Wirkung vom 1. August 2020 tritt eine neue Fassung der Kommunalrichtlinie in Kraft. Anlass der Neufassung sind die Maßnahmen des Konjunkturpakets der Bundesregierung. Folgende wesentlichen Änderungen ergeben sich im Vergleich zur Fassung v. 5. Dezember 2019:
Anpassung der Definition finanzschwacher Kommunen (s. Nr. 5 der Kommunalrichtlinie)
Für Anträge, die zwischen dem 1. August 2020 und 31. Dezember 2021 gestellt werden, kann die Förderquote um 10 Prozentpunkte für alle Förderschwerpunkte und Antragsteller erhöht werden (s. Nr. 5 der Kommunalrichtlinie)
Für Anträge, die zwischen dem 1. August 2020 und 31. Dezember 2021 gestellt werden, wird die erforderliche Eigenmittelhöhe von 15 Prozent auf 5 Prozent abgesenkt. Finanzschwache Kommunen können während dieses Zeitraums Ihren Eigenmittelanteil komplett durch Drittmittel ersetzen (s. Nr. 6.4 der Kommunalrichtlinie)
Zusätzliche Deckungsmittel (Drittmittel), die nach Bewilligung und zwar im Zeitraum zwischen dem 1. August 2020 und 31. Dezember 2021 in das Vorhaben eingebracht werden, führen nicht mehr automatisch zu einer Ermäßigung der Zuwendung (s. Nr. 6.4 der Kommunalrichtlinie)
Zudem wurde die für Anträge ab 1. März 2020 eingeführte erhöhte Förderung von Radabstellanlagen im Umkreis von 100 Metern von Bahnhöfen und Haltepunkten einer Bahnanlage (+20 Prozentpunkte) in die Richtlinie integriert (s. Nr. 5 der Kommunalrichtlinie).
Darüber hinaus können ab 1. August 2020 Radabstellanlagen mit integrierten PV-Anlagen gefördert werden, sofern es sich hierbei um energieautarke Insellösungen handelt. D.h. der in der PV-Anlage erzeugte Strom dient ausschließlich dem Eigenverbrauch und wird nicht ins öffentliche Netz eingespeist. Diese Ergänzung ist ein weiterer Baustein des Bundesumweltministeriums zur Unterstützung der Schaffung von umweltfreundlichen Fahrradabstellanlagen im Rahmen der Bike+Ride-Offensive. Weiterführende Informationen dazu finden Sie hier.
Anträge in der Kommunalrichtlinie können für folgende Förderschwerpunkte gestellt werden:
Kläranlagen
Durch die Förderung im Rahmen dieser Richtlinie soll die Energieeffizienz der Abwasserbehandlungsanlagen deutlich gesteigert und durch lokale Erzeugung die Deckung des eigenen Energiebedarfs dieser Anlagen angehoben werden.
Voraussetzung für die Förderung nach Nummern 2.13.2 bis 2.13.5 ist, dass die beantragten Einzelmaßnahmen in einer zuvor durchgeführten Potenzialstudie als notwendig eingestuft wurden, um die in Nummer 2.6 der Kommunalrichtlinie genannten Ziele zu erreichen. Wenn bereits eine Studie nach den Maßgaben des Arbeitsblattes DWA-A 216 innerhalb der letzten beiden Jahre vor Antragstellung durchgeführt wurde und diese Studie die gleichen oder übertreffende Ziele einhält, kann diese Studie ebenfalls Grundlage für die Förderung der Maßnahmen sein. Darüber hinaus gilt, dass sich die Ablaufqualität einer Kläranlage durch die Maßnahmen nicht verschlechtern darf. Dieser Grundsatz ist bei der Planung und Umsetzung von Maßnahmen zu berücksichtigen.
https://www.gunzenhausen.de/foerderprogramm-klimaschutzprojekte-im-kommunalen-umfeld.html
Abwasser soll Aufschluss über CoV bringen
Um mehr zuverlässige Informationen über das Coronavirus zu bekommen, gibt es ein Forschungsprojekt, im Zuge dessen in Kärnten die Kläranlagen Klagenfurt, Villach und Feldkirchen beprobt und in ein Monitoring-System aufgenommen werden. Das Land Kärnten beteiligt sich an den Projektkosten mit 7.500 Euro.
Bei dem Forschungsprojekt unter dem Titel „Coron-A2“ geht es um die Bereiche Abwasserepidemiologie, -mikrobiologie und -molekularbiologie, die von der Universität Innsbruck, der Medizinischen Universität …mehr:
https://kaernten.orf.at/stories/3058470/
Erste bundesweite Regenmessung mit dem Mobilfunknetz
Monika Landgraf Strategische Entwicklung und Kommunikation – Gesamtkommunikation
Karlsruher Institut für Technologie
Ob bei der Hochwasserfrühwarnung oder in der Landwirtschaft – Regenmessungen sind von großer Bedeutung. Doch weltweit fehlen für viele Regionen präzise Daten, weil flächendeckende Messungen bislang zu teuer sind. Ändern könnte sich das mit einer neuen Methode, die gerade ihren Praxistest bestanden hat. Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Augsburg gelang die erste deutschlandweite Regenmessung mit dem Mobilfunknetz. Jetzt ist der Einsatz der Technologie in Westafrika geplant. Über die Ergebnisse berichtet das Team aktuell in den Fachzeitschriften Hydrology and Earth System Sciences und Atmospheric Measurement Techniques.
Regen kann die Leistungsfähigkeit eines Mobilfunknetzes erheblich beeinträchtigen. Doch was Telekommunikationsunternehmen Kopfzerbrechen bereiten kann, ist für die meteorologische Forschung ein Glücksfall: „Wir haben aus dieser Interaktion zwischen Wettergeschehen und menschlicher Technologie eine gänzlich neue Methode zur Regenmessung entwickelt“, sagt Professor Harald Kunstmann vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), dem Campus Alpin des KIT. „Wenn ein Mobilfunknetz vorhanden ist, brauchen wir weder eine neue Infrastruktur noch zusätzliches Bodenpersonal.“ Gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität Augsburg gelang seinem Team am KIT nun die erste flächendeckende Regenmessung mit der neuen Methode in Deutschland: Aus der niederschlagsbedingten Abschwächung der Funkverbindung zwischen mehreren tausend Mobilfunkmasten konnten sie zeitlich hoch aufgelöste Regenkarten generieren. „Beim Vergleich mit den Messwerten des Deutschen Wetterdienstes zeigt sich, dass wir eine hohe Übereinstimmung erzielt haben“, erklärt Maximilian Graf aus dem Forscherteam.
Verbesserte Genauigkeit dank Künstlicher Intelligenz (KI)
Möglich wurde die Niederschlagsbestimmung aufgrund der Richtfunkantennen, die in Mobilfunkmasten zur Übertragung über weite Strecken eingesetzt werden. „Genutzt wird hier eine Frequenz von 15 bis 40 Gigahertz, deren Wellenlänge der typischen Größe von Regentropfen entspricht“, erklärt Dr. Christian Chwala, Koordinator der Forschungsarbeiten an der Universität Augsburg. „Je mehr Niederschlag fällt, desto schwächer wird das Signal, mit dem die Sendemasten Informationen austauschen. Wir haben ein Jahr lang jede Minute die aktuelle Abschwächung von 4 000 Richtfunkstrecken gemessen. Der daraus entstandene Datensatz ist aufgrund seiner Auflösung und Größe weltweit einzigartig.”
Neben den klassischen Methoden der Datenanalyse nutzten die Forscherinnen und Forscher Künstliche Intelligenz (KI), um das Regensignal aus den verrauschten Messwerten herauszufiltern. „Auch andere Faktoren wie Wind oder die Sonne können zu leichten Abschwächungen des Signals führen. Mit Hilfe unserer KI konnten wir erkennen, wann eine Abschwächung auf Regen zurückzuführen ist“, sagt Julius Polz, ein weiterer Wissenschaftler der Forschungsgruppe. „Wir haben sie inzwischen so trainiert, dass wir ohne Kalibrierung mit traditionellen Methoden zur Regenmessung auskommen.“ Damit eigne sich eine Anwendung auch in Regionen ohne nennenswerte Niederschlagsmessungen, die für das Training der KI in Frage kommen könnten, beispielsweise in Westafrika.
Einsatz in Westafrika geplant
Für Deutschland funktioniert die Methode allerdings vor allem im Frühjahr, Sommer und Herbst. „Graupel und Schneeregen führen nämlich zu einer überdurchschnittlichen Abschwächung, und Schnee lässt sich mit dem Mobilfunknetz gar nicht messen“, erklärt Harald Kunstmann. Aktuell laufen mehrere Projekte der Forscherinnen und Forscher zur Regenmessung mit Richtfunkstrecken, unter anderem mit dem Schwerpunkt auf Deutschland in Kooperation mit dem Deutschen Wetterdienst und dem Landesamt für Umwelt Sachsen. Im Laufe des Sommers starten weitere Projekte in Tschechien und in Burkina Faso, wo erstmals eine landesweite Erfassung von Richtfunkstrecken in Afrika aufgebaut werden soll.
Originalpublikationen:
Graf, M., Chwala, C., Polz, J., and Kunstmann, H. (2020): Rainfall estimation from a German-wide commercial microwave link network: optimized processing and validation for 1 year of data. Hydrology and Earth System Sciences, 24, 2931–2950,
https://doi.org/10.5194/hess-24-2931-2020
Polz, J., Chwala, C., Graf, M., & Kunstmann, H. (2020): Rain event detection in commercial microwave link attenuation data using convolutional neural networks. Atmospheric Measurement Techniques, 13, 3835–3853, https://doi.org/10.5194/amt-13-3835-2020
Details zum KIT-Zentrum Klima und Umwelt: http://www.klima-umwelt.kit.edu
Weiterer Kontakt:
Dr. Martin Heidelberger
Redakteur/Pressereferent
Tel.: +49 721 608-21169
E-Mail: martin.heidelberger@kit.edu
http://idw-online.de/de/news751539
Der Detektiv im Wasserrohr: Auf der Spur verbotener Einleitungen Umweltschädigende Substanzen im Abwasser
So weisen Sie umweltschädigende Substanzen im Abwasser nach – Aus dem Auge, aus dem Sinn. Umweltsünder leiten verbotene oder schädliche Abwässer einfach in die Kanalisation ein. Damit könnte jetzt Schluss sein: Ein neues Sensorsystem…mehr:
https://www.process.vogel.de/der-detektiv-im-wasserrohr-auf-der-spur-verbotener-einleitungen-a-946611/?cmp=nl-254&uuid=1DC4B9E7-1718-4A70-B3EA-0C6A17F0F65406.07.2020
Corona-Frühwarnsystem aus dem Abwasser
Wissenschaftler untersuchen das Abwasser aus Kläranlagen von sechs bayerischen Städten. Warum man damit schneller als mit Rachenabstrichen herausfinden kann, wo Corona-Hotspots liegen, und wie sie das Virus bis zu den Infizierten zurückverfolgen wollen.
Corona-Hotspots könnten …mehr: