For­schungs­pro­jekt „InSchuKa4.0“ der Hoch­schu­le Hof: Abwas­ser­netz gegen Fol­gen des Kli­ma­wan­dels wappnen

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Ein Kon­sor­ti­um aus sechs Part­nern, dar­un­ter das Insti­tut für Was­ser- und Ener­gie­ma­nage­ment der Hoch­schu­le Hof (iwe), will im Rah­men des Ver­bund­for­schungs­pro­jekts „InSchuKa4.0 – Kom­bi­nier­ter Infra­struk­tur- und Umwelt­schutz durch KI-basier­te Kanal­netz­be­wirt­schaf­tung“ das Abwas­ser­netz fle­xi­bel, wider­stands­fä­hig und effi­zi­ent für Extrem­wet­ter­la­gen machen. Das durch das Bun­des­mi­ni­ste­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) geför­der­te Pro­jekt star­te­te im Febru­ar 2022 für eine Lauf­zeit von drei Jahren.

Der Kli­ma­wan­del stellt die Gesell­schaft im All­ge­mei­nen und die Was­ser­wirt­schaft im Beson­de­ren vor enor­me Her­aus­for­de­run­gen. Hoch­was­ser oder Über­schwem­mun­gen durch Stark­re­gen tre­ten in Deutsch­land immer häu­fi­ger auf und ver­ur­sa­chen bei­spiels­wei­se durch die unkon­trol­lier­te Ein­lei­tung von unge­klär­ten Abwäs­sern in die Gewäs­ser bei voll­ge­füll­tem Kanal oft gro­ße Schä­den für Mensch und Umwelt. Ande­rer­seits sind in Zukunft auch mehr Trocken­pe­ri­oden zu erwar­ten. Für die Betrei­ber von Misch­was­ser­ka­nä­len kön­nen län­ge­re Dür­re­pe­ri­oden schwer­wie­gen­de nega­ti­ve Fol­gen für den Betrieb des Net­zes haben. Einer der wich­tig­sten Aspek­te ist die Sedi­men­tent­fer­nung, die bei län­ger andau­ern­der Trocken­heit und dem damit ver­bun­de­nen gerin­ge­ren Durch­fluss auf­grund von weni­ger Was­ser schwie­ri­ger ist als bei regel­mä­ßi­gen Nie­der­schlä­gen, die einen Teil der regel­mä­ßi­gen Sedi­men­tent­fer­nung im Kanal über­neh­men. Nie­der­schlags­be­ding­te Abfluss­schwan­kun­gen haben einen weit­aus grö­ße­ren Ein­fluss auf Kanal­ab­la­ge­run­gen als bei­spiels­wei­se kon­struk­ti­ve Rand­be­din­gun­gen wie Gefäl­le oder Rohr­ma­te­ri­al. Trotz hoher Auf­wen­dun­gen für manu­el­le Spü­lun­gen kommt es immer wie­der zu unge­wünsch­ten Abla­ge­run­gen und den damit ver­bun­de­nen nega­ti­ven Aus­wir­kun­gen wie unan­ge­neh­me Geruchs­ent­wick­lung. Ereig­net sich zudem ein Stark­re­gen­er­eig­nis unmit­tel­bar nach einer län­ge­ren Trocken­pe­ri­ode, füllt sich ein Kanal­sy­stem inner­halb kür­ze­ster Zeit und die vor­han­de­nen Abla­ge­run­gen gelan­gen unge­rei­nigt mit den über­schüs­si­gen Was­ser­men­gen aus dem Kanal­sy­stem in die Gewässer.

Die Anpas­sung der Was­ser­wirt­schaft an die­se Aus­wir­kun­gen des Kli­ma­wan­dels sowie ein rea­li­sti­scher Weg zur Kli­ma­neu­tra­li­tät sind somit The­men von ent­schei­den­der Bedeutung.

Ort und Zeit­punkt von Extrem­wet­ter­er­eig­nis­sen las­sen sich bis­lang nur schwer vor­her­sa­gen. Die­sen kön­nen die Betrei­ber von Abwas­ser­net­zen nur mit dyna­mi­schen und fle­xi­blen Lösun­gen begeg­nen. An die­ser Stel­le setzt „InSchuKa4.0“ an. Ziel ist, eine auf künst­li­cher Intel­li­genz basie­ren­de Kanal­ma­nage­ment­lö­sung zu ent­wickeln, die inno­va­ti­ve Kanal­sen­so­ren und modern­ste Kanal­aus­rü­stung ein­setzt und histo­ri­sche und pro­gno­sti­sche Wet­ter­da­ten ein­be­zieht, um einen fle­xi­blen, wider­stands­fä­hi­gen und effi­zi­en­ten Betrieb des Kanal­net­zes zu gewährleisten.

Dafür stellt der Kom­mu­nal­part­ner Jena­Was­ser einen Teil­ab­schnitt des Jena­er Kanal­net­zes zur Ver­fü­gung. Auf Basis der bis­he­ri­gen Kanal­netz­be­rech­nun­gen unter Ein­be­zug histo­ri­scher Regen­da­ten wird in einem ersten Schritt mit­hil­fe der Simu­la­ti­on ver­schie­de­ner Wet­ter­ex­tre­me ana­ly­siert, über wel­che Spei­cher­ka­pa­zi­tä­ten der Teil­ab­schnitt ver­fügt, wie sich der Kanal in den ver­schie­de­nen Situa­tio­nen ver­hält und wel­ches Volu­men zusätz­lich nutz­bar gemacht wer­den kann. Die Ergeb­nis­se geben die Basis für die erfor­der­li­che Ent­wick­lung einer neu­ar­ti­gen KI-basier­ten Manage­ment­lö­sung. Danach wer­den moder­ne Steue­rungs­ele­men­te (Schie­ber-/Wehr­sy­ste­me und IT-Auto­ma­ti­on) sowie Sen­so­ren zur Erfas­sung von Sedi­men­ten instal­liert und mit der KI-basier­ten Manage­ment­lö­sung ver­bun­den. Der sich anschlie­ßen­de Pro­be­be­trieb wird zei­gen, wel­che Mög­lich­kei­ten das neue System bie­tet und wie der Trans­fer auf wei­te­re Anwen­dungs­fäl­le erfol­gen kann.

Die Pro­jekt­teil­neh­mer von „InSchuKa4.0“ im Über­blick: Insti­tut für Was­ser- und Ener­gie­ma­nage­ment der Hoch­schu­le Hof (iwe); Hoch­schu­le Mag­de­burg-Stend­al, Fach­be­reich Was­ser, Umwelt, Bau und Sicher­heit Pro­fes­sur Sied­lungs­was­ser­wirt­schaft – Schwer­punkt Abwas­ser; HST System­tech­nik GmbH & Co. KG (HST); Pega­sys Gesell­schaft für Auto­ma­ti­on und Daten­sy­ste­me mbH (Pega­sys), Nivus GmbH (Nivus) und Jena­Was­ser (JeWa).