Bild: iStock, Piotr_roae

Analyse und Kalibrieren hydraulischer Modelle Knotenpunkte im Wassernetz dynamisch überwachen

09.05.2018

Hydraulische Modelle für die Wasserversorgung sichern einen steten Fluss. Da sie auf realen Messdaten basieren, stellen solche Modelle nur Momentaufnahmen dar. Deshalb müssen sie mit Hilfe von Messtechnik stets neu überprüft und kalibriert werden.

Ein städtisches Versorgungs- und Verteilnetz ähnelt einem lebenden Organismus: Tausende Menschen benötigen ohne Vorwarnung Wasser in der Küche, im Bad oder im Waschraum. Hinzu kommt die Industrie, die mitunter einen sehr unregelmäßigen Bedarf an Wasser hat. Dabei besteht die Gefahr, dass Pumpen der Wasserversorgung ausfallen und beim Anlaufen Druckstöße verursachen.

Damit ein ausfallendes Teil keine unvorhergesehenen Schäden verursacht und stets ein ausreichender Druck zur Wasserentnahme herrscht, benötigt die Wasserversorgung professionelles Management. Als Instrument hierfür dient eine hydraulische Analyse aktueller oder möglicher künftiger Probleme in Verbindung mit einer ständigen Wartung.

Analysen von Wassernetzen bauen auf kalibrierten Modellen auf, die ihrerseits auf Basis von real gemessenen Durchfluss- und Druckdaten erstellt werden. Auf diese Weise lassen sich die Effizienz und die Leistungsfähigkeit des Wasserversorgungs- und -verteilsystems verbessern und Energieverluste durch Einsatz ineffizienter Förderpumpen sowie unzulänglicher Speichertechnik eliminieren. Diese Maßnahmen helfen Gemeinden dabei, Betriebskosten zu sparen.

Modelle sind Momentaufnahmen einer Situation – der Bau neuer Häuser oder die Ansiedlung eines neuen Betriebs in einem Gewerbegebiet können diese Situation bereits wieder verändern. Deshalb muss jedes hydraulische Modell der Wasserversorgung immer wieder neu überprüft werden. Das geschieht, indem man das reale Netz bekannten Betriebsbedingungen aussetzt und die berechneten Durchflussmengen und -drücke mit den real gemessenen Werten vergleicht, um relevante Fehler aufzudecken.

So sollten sich bei nächtlicher geringer Last alle hydraulischen Eigenschaften wie Höhen und Drücke zu nahezu denselben quasi-hydrostatischen Werten addieren. Abweichungen deuten auf Fehler bei den Höhendaten oder auf große unbekannte Lecks hin. Unter hoher Last, realisiert etwa durch das Öffnen von Hydranten, lassen sich die hydraulischen Widerstände der Hauptleitungen des Netzes prüfen. Auftretende Differenzen sind Anzeichen für hydraulische Blockierungen.

Feldmessungen für die Kalibrierung unverzichtbar

Einen wesentlichen Teil der Datensammlung liefern Feldmessungen, die für die Kalibrierung deshalb unverzichtbar sind. Eine wichtige Kenngröße ist die Rohrreibungszahl λ. Sie ist wesentlich, um den Druckabfall einer Strömung in einem Rohr zu berechnen. Diese Rohrrauigkeit hängt unter anderem davon ab, wie die Querschnittsgeometrie eines Rohres beschaffen ist, ob die Strömung laminar oder turbulent passiert und ob das Rohr glatte oder beschichtete innere Rohrwände hat.

Um die realen Rohrrauigkeitskoeffizienten zu bestimmen, muss die Leistung verschiedener Systemkomponenten getestet und dokumentiert werden. Dazu bestimmt man den Druck, den Durchfluss und den Wasserverbrauch. Zu dieser physischen Datensammlung kommt das Erfassen von Betriebsdaten. Relevant sind hierbei die kontinuierliche Durchflussaufzeichnung, rund um die Uhr und an wichtigen Orten, etwa an großen Hauptleitungen.

Hinzu kommt die stündliche Durchflussüberwachung an weiteren bedeutenden Hauptleitungen. Diese können bei Kunden mit hohem Bedarf vorliegen. Ergänzt wird die Durchflussüberwachung dort mit einer kontinuierlichen Drucküberwachung, die außerdem an ausgewählten, gleichmäßig über das Netz verteilten Knotenpunkten durchgeführt wird, zum Beispiel an Feuerlöschhydranten. Ebenfalls zu kontrollieren ist die hydraulische Höhe des Speicherpegels und Einflussfaktoren wie der Zu- oder Abfluss von Pumpstationen und Druckerhöhungspumpen, Fördermengen und Druck.

Kalibrierung des Netzmodells

Druckmesssensoren und Datenlogger von Keller sind wesentliche Elemente, um ein intelligentes Management der Wasserversorgung zu garantieren. Die Datenlogger sind gleichmäßig über das Netz verteilt und zeichnen synchron die Druckwerte in Echtzeit auf. Diese Daten dienen dazu, realistische Rohrrauigkeitswerte zu berechnen und feinabzustimmen und punktuelle Widerstände zu finden, etwa durch teilweise geschlossene Ventile. So lassen sich die gemessenen und berechneten hydraulischen Kennzahlen für die Kalibrierung der Rauigkeit aufeinander abstimmen.

Ein überprüftes und kalibriertes Netzmodell hilft Versorgern dabei, hydraulische Probleme in bestehenden Netzen aufzudecken, zu beheben und bei der Konzeption künftiger Netzerweiterungen zu vermeiden.

Bildergalerie

  • Ein hydraulisches Modell der Wasserversorgung ist eine Momentaufnahmen einer Situation, die sich jederzeit ändern kann. Deshalb müssen diese Modelle immer wieder neu überprüft werden.

    Bild: Keller Druckmesstechnik

  • Kundenspezifische Anpassung eines digitalen Manometers für ein wasserdichtes Druckloggergehäuse, das direkt in über- und unterirdischen Hydranten installiert werden kann.

    Bild: Keller Druckmesstechnik

Firmen zu diesem Artikel
Verwandte Artikel