Online-Monitoringsystem für die Wasserversorgung Zürich zur Sicherstellung der Trinkwasserversorgung

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Conference Paper, Published Version

Pohl, Christian

Online-Monitoringsystem für die Wasserversorgung Zürich zur Sicherstellung der Trinkwasserversorgung

Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen

Zur Verfügung gestellt in Kooperation mit/Provided in Cooperation with:

Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik

Verfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/110932 Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:

Pohl, Christian (2023): Online-Monitoringsystem für die Wasserversorgung Zürich zur Sicherstellung der Trinkwasserversorgung. In: Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik (Hg.): Wasserbau und Wasserwirtschaft im 'Stresstest'. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen 69. Dresden: Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik. S. 104-107.

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B3-01

Online-Monitoringsystem für die Wasser- versorgung Zürich zur Sicherstellung der

Trinkwasserversorgung

Christian Pohl

Stichworte: Kritische Infrastruktur, Trinkwasserversorgung, Digi- talisierung, Energieeffizienz, Online-Modell

1 Einleitung

Die Wasserversorgung Zürich (WVZ) sorgt mit rund 280 Mitarbeiter:innen da- für, dass aus sämtlichen Wasserhähnen und aus den 1'224 Brunnen der Stadt Zürich jederzeit hervorragendes Trinkwasser fließt. Dieses «Züriwas- ser» stammt dabei zu 70 Prozent aus dem Zürichsee, ca. 10 Prozent sind Quellwasser, der Rest ist Grundwasser. Neben der Stadt Zürich selbst, werden noch weitere 67 Gemeinden in der Region mit Trinkwasser beliefert. Da- bei ist die zuverlässige Versorgung der Bevölkerung mit qualitativ einwand- freiem Trinkwasser der wichtigste Auftrag der Wasserversorgung Zürich. Der Auslöser für das hier vorgestellte Projekt, der Aufbau eines Online-Monito- ringsystems, war eine gravierende Verschmutzung des Trinkwassernetzes in einer Nachbargemeinde der Stadt Zürich. Die Verschmutzung rief die Vulne- rabilität des Systems in das Bewusstsein der WVZ und folglich wurde eine umfassende Risikoanalyse der Prozesse im Wasserversorgungsnetz durch- geführt. Die WVZ und DHI haben darauf basierend ein Online-Modell zur permanenten Überwachung der Wasserversorgung erarbeitet und in den ver- gangenen Jahren betriebliche Erfahrungen gesammelt. Die wichtigsten An- forderungen und Erfolgskriterien für das Online-Modell umfassen dabei den Wissensaufbau zu den hydraulischen Vorgängen, Informationsgewinn im Hinblick auf Wasserherkunft, -alter, -verteilung und -vermischung, das Evalu- ieren von besonderen Ereignissen, Vorhersagen zum Verhalten von Zonen, optimierte Kalibrierung des Modells und Alarmbenachrichtigungen.

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Online-Monitoringsystemfür die Wasserversorgung Zürich zur Sicherstellung der Trinkwasserversorgung

2 Methodik

Das Online-Modell verknüpft hydraulische Modelle und die Echtzeitdaten des Prozessleitsystems (PLS) der WVZ. Dabei sind der Datentransfer, die - vorbereitung, die – validierung und die Ergebnisdarstellung automatisiert.

Das Trinkwassernetz der Stadt Zürich wird in den drei Betrachtungszeiträu- men Hindcast, Real Time und Forecast modelliert. Abbildung 1 zeigt eine Übersicht zu den verschiedenen Zeitskalen.

Verschiedene Zeitskalen des Onlinesystems

• Im Real Time Modus (Echtzeit) wird das vorliegende hydraulische Modell, basierend auf den Messdaten, aktualisiert und bietet somit die Möglichkeit, das Wasserversorgungsnetz ständig zu überwa- chen. Zusätzlich ist es möglich, Alarme zu generieren, die anzeigen, wenn beispielsweise fehlende Daten im PLS erkannt werden, oder Schwellwerte über- bzw. unterschritten werden.

• Mit dem Forecast wird eine Kurzzeitprognose über das zukünftige Systemverhalten erlaubt. Damit können Bedarfsmengen berech- net, mögliche Kontaminationen und deren Auswirkungen vorsimu- liert und entsprechende Gegenmaßnahmen geplant werden.

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• Im Hindcast können dann anschließend vergangene Ereignisse un- tersucht werden. Dies kann beispielsweise dabei helfen, unge- plante Unterbrechungen nachzuberechnen. Eine Analyse dieser Er- eignisse hilft dann dabei zu evaluieren, ob die Störung zielführend und effizient abgearbeitet wurde. Darüber hinaus können mit dem System auch Energieoptimierungen durchgeführt werden.

3 Ergebnisse

Der größte Nutzen des Online-Modells liegt darin, dass aktuelles Wissen über die hydraulischen Vorgänge in der Druckzone ständig und direkt abrufbar ist. Das System liefert der Wasserversorgung Zürich somit die gewünschten Informationen, um die nachhaltige Trinkwasserversorgung sicherzustellen.

Es hilft dabei, den täglichen operativen Betrieb zu optimieren, um beispielsweise den Energiebedarf zu senken, die Wasserqualität konstant auf hohem Niveau zu halten und Ursachen für Fehler oder Störungen direkt zu erken- nen. Darüber hinaus unterstützt das Online-Modell bei planerischen Arbei- ten, indem ausgewählte, betriebliche Szenarien, wie Störungen oder Außer- betriebnahmen, abgebildet werden.

In einer Dashboard-Visualisierung werden die Berechnungsresultate des Modells dargestellt. Die Oberfläche des Dashboards, das als Visualisierungs- instrument dient, wurde für einen größeren Benutzerkreis innerhalb der Wasserversorgung aufgebaut. Insbesondere die Mitarbeitenden in der Steu- erzentrale können damit über den aktuellen Zustand im Netz informiert werden. Mögliche, automatisch generierte Darstellungen im Dashboard sind beispielsweise:

•

eine Gegenüberstellung des berechneten und gemessenen Durch- flusses in großen Transportleitungen,

•

das Wasseralter, wie auch in Abbildung 2 ersichtlich (Einzelne Lei- tungen haben im Modell keinen permanenten Verbrauch ange- hängt und haben deshalb ein hohes Wasseralter.),