Wassernetz-Monitoring mittels Sensordaten für Zuflussmessungen

Digitale Techniken zur Messung, Datenübertragung und Auswertung von Echtzeitdaten im Trinkwassernetz unterstützen dabei, die Vorgänge im Leitungsnetz genauer zu erfassen und Wasserverluste durch Leckageortung zu identifizieren.

Wasserleitungen in einer Baustelle; © adobestock/ThomBal
Schematische Darstellung der Zuflussmessung im Wassernetz
Schematische Darstellung der Zuflussmessung im Wassernetz ©

Mittels Einrichtung physikalischer Messeinrichtungen für Zuflussmessungen im Trinkwassernetz werden folgende Ziele verfolgt:

  • Mengenbilanzierung (Ein-/Ausgespeiste Mengen)
  • Identifikation von Indikationen von Leckstellen, wie Undichtigkeiten und Rohrbrüche
  • Reduzierung von Wasserverlusten
  • Erkenntnisse für die Netzberechnung, den Netzbetrieb und die Instandhaltungsstrategie

Kriterien für die Auswahl der Messmethodik:  

  • Durchflussmessung mit oder ohne Druckmessung, d.h. kontaktlose Messung oder Eingriff in das Medium Trinkwasser?
  • Einflussfaktoren: Geodätische Situation des Netzgebiets (Lage/Höhe/Topografie), Anzahl der Betriebsdruckzonen im Netzgebiet
  • Kontaktlose Messung: z.B. Ultraschall-Messverfahren “Clamp-on”-Technik
  • Stromversorgung der Messeinrichtung: z.B. Anschluss an das Stromnetz, Batterie-/Akkubetrieb, Anschluss an Stromleuchte (mit Akku als Tagespuffer). 

Kriterien für die Auswahl der Datenübertragungstechnik:

  • Datensicherheit und ISMS-Anforderungen: Schutzbedarfsfeststellung durchführen
  • Vorhandene Netze: z.B. Mobilfunktnetz oder LoRaWan
  • Robustheit/Stabilität der Datenverbindung: Industrie-SIM-Roaming-Karten, Einsatz von Datenloggern und Verwendung von Mastantennen
  • Datenempfang/-speicherung: z.B. externe Cloud oder interner FTP-Server
  • Standorte der Messeinrichtungen, z.B. unterirdisch im Schacht oder oberirdische Verteilersäulen.

Datenverarbeitung und Auswertungsmethoden:

  • Visualisierung der Durchflüsse in einer Web-Applikation: Fließrichtungen und Mengen zur Identifikation von Rohrbrüchen und bisher unbekannten Pendelzonen oder sogar Stagnationen, Druckstöße durch ungewöhnliche Kundenaktivitäten (z.B. Schwimmbad, Datacenter) oder defekte Druckerhöhungsanlagen.
  • Anlegen von Verrechnungsvorschriften (z.B. Festlegung von Grenz-/Schwellenwerten)
  • Berichtswesen/Monitoring per Software: Definition von Grenz-/Schwellenwerten oder Ereignissen für Alarme und Meldungen der Software, z.B. Unterschreitung von Fließgeschwindigkeiten, Druckstöße (usw.). Diese werden in einem Meldungsarchiv gespeichert und können jederzeit nachvollzogen werden. Berichte mit Mengenbilanzen, Durchschnittsverbräuchen, Summen, Mittelwerte, Min/Max-Werte inkl. Zeitangaben. Einstellung unterschiedlicher Betrachtungszeiträume.
  • Abgleich bekannter Ereignisse, wie Einspeisungsaktivitäten oder Schadensereignisse mit den Durchflussmessungen zur Qualitätssicherung bzw. Sicherstellung der Wirksamkeit der Messmethoden.
  • Dashboard-Funktionen: Je Zuflussmessbezirk können folgende Angaben dargestellt werden.
    • Momentan-Verbrauch
    • Viertelstundenmittelwerte/31Tage und 100 Tage
    • Tagesverbrauch in m³
    • 4-Uhr-Werte (100 Tage, Basis für die Grenz-/Schwellenwerte)
    • Kurven der Zuflussmessungen inkl. Verbrauchskurve des Zuflussmessbezirks mit beliebig wählbarem Betrachtungszeitraum.

Mögliche Analyseergebnisse und Nutzbarkeit der Informationen:

  • Kartenansicht: Räumliche Darstellung aller Messpunkte im Netz in einer geografischen Übersicht
  • Mengenbilanzierung: Abgleich der eingespeisten Wassermenge mit der verkauften Wassermenge. Indikationen für Wasserverluste.
  • Erkenntnisse für die mittel- und langfristige Instandhaltungsstrategie (zielgerichtete Dimensionierung von Leitungsabschnitten)
  • Planung von Wartung und Inspektion: Rohrnetzüberwachung auf Dichtheit
  • Netzberechnung: Vergleich der errechneten mit den tatsächlichen Fließgeschwindigkeiten und Durchflussmengen
  • Netzführung: Aktivitäten bei festgestellter “Stagnation”, z.B. zielgerichtete Durchführung von Spülungen
Fazit

Automatisierte Zuflussmessungen und Auswertungsmethoden verbessern die Transparenz über die tatsächliche Situation und Vorgänge im Trinkwassernetz. Rückschlüsse zu Wasserverlusten, Qualitätsmerkmalen und Planungsbedarfen sind damit möglich und bieten einen signifikanten Mehrwert in der Wassernetzbewirtschaftung. Für die Installation von Messtechnik, Sensoren und Analysesoftware sind vorab einige Voraussetzungen zu ermitteln und zu bewerten. Die Digitalisierung der Datenerhebung und Datenauswertung schafft hierbei die Grundlage für ein verbessertes und erfolgreiches Wassernetz-Monitoring auf Basis von Echtzeit-Sensordaten.