Immer öfter werden die geographischen Daten eines Wasserversorgungsnetzes in ein geographisches Informationssystem (GIS) als Netzkataster eingepflegt und visualisiert. Dagegen werden Betriebs- und Wasserverbrauchsdaten an verschiedenen Stellen im Unternehmen gespeichert und verwaltet und erfordern eine aufwändigere Erfassung und Aufbereitung bei der Rohrnetzberechnung. Um den Aufwand der hydraulischen Modellierung zu reduzieren sind in jedem Fall alle Modelldaten auf Qualität und Aktualität zu prüfen.
Modelldaten und Datenquellen für die Rohrnetzberechnung
Autarke Rohrnetzberechnung
I.d.R. erfolgt eine Rohnetzberechnung autark: der (einmalige) Import des Netzkatasters für die hydraulische Modellierung erfolgt meistens über eine Datenbankschnittstelle. Dabei werden die wesentlichen Elemente des Versorgungssystems (Rohrleitungen, Gewinnungsanlagen, Brunnen, Pumpen, Wasserspeicher) sowie die Topographie des Netzes (Höhenangaben z.B. aus digitalen Geländemodellen) übernommen. Nach dem Datenimport aus dem GIS-System ist das Netzmodell um die weiteren erforderlichen Daten (Betriebs- und Wasserverbrauchsdaten) zu ergänzen und fehlende Daten sind sorgfältig zu erheben. Um nach dem Datenimport ein rechenfähiges Modell zu erstellen, erfolgt im Anschluss eine zum Teil umfangreiche Plausibilitätskontrolle des Netzes:
•der Kontrolle der Topologie (Bsp. Identifikation von Knoten ohne Höhenangaben),
•Kontrolle der Konnektivität (Identifikation unverbundene Knoten und doppelte Leitungen)
•Kontrolle der fehlenden Attribute (Bsp. Identifikation von Leitungen ohne Durchmesser oder Material, fehlende Angaben über Einspeisestellen)
•erste Abschätzung der Rauigkeit der Leitungen auf Basis des Leitungsmaterials
Nachdem das Modell rechenfähig ist, erfolgt die Modellkalibrierung (Vergleich Modell - Messungen).
GIS-angebundene und GIS-integrierte Rohrnetzberechnung (W-Net 4.0)
Weitere Möglichkeiten der Rohrnetzmodellierung sind die GIS-angebundene und die GIS-integrierte Rohrnetzberechnung, beide im Forschungsprojekt W-Net-4.0 präsentiert. Hier sind grundsätzlich einfachere Berechnungen GIS-integriert möglich. Die aufwendige Nachbearbeitung des Netzes entfällt hier, da alle relevanten Informationen (auch das Stationsinnenleben sowie Eigenschaften von Pumpen, Schiebern und Reglern) vollständig im GIS enthalten sind. Für komplexere Analysen wie z. B. Druckstoßberechnungen oder für die Dimensionierung von Rohrleitungen und Zielnetzplanungen kann über die gleiche Schnittstelle, die auch die GIS-integrierte Berechnung benutzt, das aktuelle Netzmodell aus dem GIS ausgespielt und mit der speziellen hydraulischen Simulationssoftware SIR 3S weiterbearbeitet werden. Die Datenübernahme erfolgt in beiden Varianten vollautomatisch. Für die Prüfung der Daten stehen umfangreiche, teilautomatisierte Werkzeuge zur Verfügung, die die Aufrechterhaltung der Rechenfähigkeit des jeweiligen aktuellen GIS-Modells gewährleisten. Die Grundlage bildet in jedem Fall ein Knoten-Kanten-Modell. Die Knoten stellen einerseits die Verknüpfungspunkte der Kanten dar. Sie dienen zusätzlich zur Definition von Randbedingungen (vorgegebene Einspeise- oder Entnahmemengen, vorgegebener Druck). Die Modellkalibrierung ist in jedem Fall erforderlich.
Genaue Hinweise zur Verknüpfung von GIS-Systemen mit einem Programm zur hydraulischen Modellierung sind im DVGW Hinweis GW 303-2 (2006) enthalten. Im Arbeitsblatt werden die erforderlichen Parameter der wichtigsten Netzobjekte in Form von Tabellen angegeben. Die Tabellen geben auch Hinweise auf Herkunft oder mögliche Bezugsquellen der erforderlichen Informationen. Das Arbeitsblatt weist auf die Bedeutung eindeutiger Ids für die jeweilige Netzelemente hin, die in beiden System geführt werden müssen und so den Zusammenhang der Objekte herstellen.
Überblick der Plattform W-Net4.0
Eine GIS gestützte Rohrnetzberechnung, wie im Arbeitsblatt GW 303-2 beschrieben, bringt folgende Vorteile für die Betreiber von Wasserversorgungssystemen:
•ermöglicht eine Rohrnetzberechnung nach dem aktuellen GIS-Stand
•ermöglicht die Überprüfung der GIS-Daten
•die Doppelerfassung der Daten wird vermieden
•eine Darstellung der Berechnungsergebnisse im GIS ist möglich.
In W-Net 4.0 ist zusätzlich der automatisierter Datenfluss vom GIS zur Rohrnetzberechnung und zurück gewährleistet. Zur Modell-Aktualisierung in WNet4.0 kann man zwischen den Delta-Verfahren (nur aktuelle Änderungen werden ausgetauscht) und einer Komplett-Übertragung (sämtliche Daten aus dem GIS werden ausgespielt) auswählen. I.d.R. verwendet W-NEt4.0 für die Modellaktualisierung eine Komplett-Übertragung. Das Delta-Verfahren wird für sogenannte Szenarien eingesetzt. Dazu stehen spezielle Schnittstellen in der API zur Verfügung. Die Modifikationen laufen für den Anwender unbemerkt ab. Die Arbeit erfolgt ausschließlich im GIS.
Datenfluss in Plattform W-Net4.0