Digitalisierung im Wassermanagement
Digitale Technologien ermöglichen innovative Lösungen, um Wasser intelligent und nachhaltig zu verteilen, zu nutzen und zu reinigen. Die Wissenschaftler*innen des Zukunftslabors Wasser entwickeln neue Ansätze für die Feldbewässerung, die Nutzung von Niederschlägen und die Risikoabschätzung von Schadstoffen.
Die Versorgung mit und Reinigung von Wasser sind wichtige Elemente der Daseinsvorsorge und müssen im Hinblick auf aktuelle Herausforderungen wie den Klimawandel überdacht und nachhaltig weiterentwickelt werden. Digitale Technologien haben das Potenzial, intelligente Lösungen für diese Herausforderungen zu bieten. Dazu zählt vor allem die Absicherung eines ausreichend großen Wasserdargebots und die automatisierte Verarbeitung und Nutzung vorhandener Daten. Die Wissenschaftler*innen des Arbeitspakets „Wasserver- und -entsorgung sowie nachhaltiges Wassermanagement“ analysieren den aktuellen Zustand an verschiedenen Stellen des Wasserkreislaufs (z. B. Starkregen) mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI). Hierzu erzeugen sie mit Struktur- oder Modelldaten des jeweiligen Aspekts einen digitalen Zwilling – das virtuelle Abbild des betrachteten Aspekts. Mit gemessenen Sensordaten kann der digitale Zwilling plausibilisiert werden, um dann auch extreme, bisher nicht gemessene Ereignisse zu untersuchen und Daten auch an nicht betrachteten Stellen zu erzeugen. Mit den erzeugten Daten trainieren die Wissenschaftler*innen KI-Modelle, um Prognosen für weitere Entscheidungen zu ermöglichen.
Darüber hinaus beschäftigen sich die Wissenschaftler*innen mit digitalen Möglichkeiten, den Wasser- und Energieverbrauch z. B. in der Feldbewässerung digital zu erfassen und auszuwerten. Für die Bewässerung landwirtschaftlich genutzter Flächen ist ein effizienter Wassereinsatz gerade mit Blick auf den Klimawandel unabdingbar. Moderne Anlagen können Verbrauchsdaten digital erfassen, weiterverarbeiten und somit die ausgebrachten Wassermengen korrekt ermitteln. In der Praxis sind aber nur sehr wenige Anlagen technisch entsprechend ausgestattet. Daher werden Verbrauchsdaten aktuell oft noch analog erfasst und erst mit großem Zeitverzug ausgewertet, sodass sie für Managementaufgaben nicht mehr genutzt werden können. Hier setzen die Wissenschaftler*innen des Zukunftslabors an: Sie arbeiten an einer Smartphone-App, über die Verbrauchsdaten erfasst und ausgewertet werden. Dadurch erhalten Landwirt*innen eine Übersicht über die Nutzung des Wasserkontingents. Sie können ausgewählte Daten direkt an den Wasserverband übermitteln.
Weit verbreitete Beregnungskanonen ohne digitale Ausstattung – indem solche analogen Anlagen zur Feldbewässerung digital ausgerüstet werden, wird es möglich, die ausgebrachte Wassermenge zu erfassen und das Wassermanagement zu optimieren. Bildquelle: Klaus Röttcher/ Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften
Künstliche Intelligenz kann einen wertvollen Beitrag leisten für die Versorgung mit und die Entsorgung von Wasser, aber auch für die Vorhersage von kritischen Zuständen (Starkregen, Wassermangel oder Gefährdungen durch Schadstoffe). Sie ermöglicht es, große Mengen digital erfasster Daten auszuwerten und mit Modellen zeitliche und räumliche Lücken zu schließen und bildet somit die Grundlage für ein intelligentes und nachhaltiges Wassermanagement. In Verbindung mit Künstlicher Intelligenz werden neue und schnellere Auswertungen möglich, die in der Zukunft zu einer Verbesserung des Wassermanagements beitragen werden.
Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften, Institut für nachhaltige Bewässerung und Wasserwirtschaft im ländlichen Raum (INBW) Sprecher des Arbeistpakets „Wasserver- und -entsorgung sowie nachhaltiges Wassermanagement“
Ein weiteres Thema im Zukunftslabor Wasser ist die Nutzung von Niederschlägen in Städten mithilfe digitaler Technologien. Die Wissenschaftler*innen entwickeln Lösungen, um Niederschlagswasser automatisiert und bedarfsgerecht für die weitere Nutzung bereitzustellen, z. B. durch dezentrale Aufbereitungseinheiten. Sie arbeiten auch an der automatisierten Steuerung dieser Aufbereitungseinheiten und an einer digital gestützten Sicherung der Wasserqualität. Zudem entwickeln sie digitale Lösungen, um den lokalen Wasserbedarf vorherzusagen, die Verfügbarkeit von Niederschlägen zu prognostizieren und die Verteilung der Niederschläge entsprechend der Bedarfe und der Verfügbarkeit zu steuern.
Um die im Zukunftslabor Wasser entstehenden Datenprodukte bedarfs- und technologiegerecht an die Nutzer*innen aus der Wasserwirtschaft zu liefern, beschäftigen sich die Wissenschaftler*innen mit der technischen Bereitstellung von Datenprodukten. Die Datenprodukte sollen in einer wasserwirtschaftlichen Informationsplattform als Open Source angeboten werden. Open Source bedeutet, dass der Quellcode der Plattform frei zugänglich gemacht wird, um Transparenz zu schaffen und anderen Wissenschaftler*innen die Möglichkeit zu geben, die Software zu verbessern oder für eigene Zwecke zu nutzen.
Folgende Wissenschaftler*innen beteiligen sich am Projekt „Wasserver- und -entsorgung sowie nachhaltiges Wassermanagement“:
- Prof. Dr.-Ing. Jorge Marx Gómez, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
- Prof. Dr.-Ing. Stephan Köster, Leibniz Universität Hannover
- Prof. Dr. Andreas Rausch, Technische Universität Clausthal
- Prof. Dr.-Ing. Klaus Röttcher, Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften
- Prof. Dr.-Ing. Markus Wallner, Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften