Département Gestion des eaux urbaines

Neue Methoden zur langfristigen Planung von Trinkwasserversorgungs- und Entwässerungssystemen

von Max Maurer

Der zukünftige Investitionsbedarf in die Erneuerung der Infrastruktur – beispielsweise zur Siedlungsentwässerung – hängt massgeblich vom Altern der Systeme bzw. deren zukünftigem baulichen Zustand ab. Weiterhin werden Anpassungen der Systeme durch städtebauliche Entwicklung und Klimaänderung erforderlich.

Knappe Daten

Die Planung der Infrastrukturen war bisher schwierig, auch weil gute Modelle zur Vorhersage von Alterung und Zerfall der Leitungen fehlten. In SWIP wurden deshalb neue generische Modelle entwickelt, die explizit auch mit unvollständigen Datensätzen umgehen können (Scheidegger et al., 2011; Scheidegger und Maurer, 2012). Dies ist insbesondere für die Planung der Infrastrukturen in kleineren Gemeinden von Bedeutung, wo zum Beispiel Schäden- und Zustandsdaten nicht oder erst seit wenigen Jahren dokumentiert werden und historische Daten verworfen werden.

Zerfallsmodellierung

Zur Vorhersage des aktuellen und zukünftigen Zustands von Leitungen werden statistische Verfahren eingesetzt. Die Modelle berücksichtigen den vergangenen Ersatz und verringern dadurch die systematische Überschätzung der Lebensdauer. Für die Modellkalibrierung mit dem Bayes’schen Ansatz wird entweder Expertenwissen oder aus anderen Netzen gewonnenes Wissen mit vorhandenen, aber unvollständigen Datensätzen kombiniert.

Prognosen

Die Modelle erlauben Prognosen über den künftigen Zustand und Zerfall von Leitungen zu machen. Dies fliesst einerseits direkt in die MCDA ein (multikriterielle Entscheidungsanalyse), wo der Zustand der Leitungen erheblichen Einfluss auf verschiedene wichtige Ziele hat. Beispielsweise kann die Zuverlässigkeit des Systems markant absinken, wenn die Trinkwasserleitungen nicht regelmässig erneuert werden und somit verschiebt sich die Kostenlast hierfür auf die nächste Generation Ähnlich kann ein schlechter Zustand von Abwasserkanälen eine Beeinträchtigung des Grundwassers zur Folge haben, da Nährstoffe und Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser ins Grundwasser gelangen können.

Klimawandel

Aufgrund der Langlebigkeit der Abwasserkanäle ist weiterhin die Frage relevant, inwieweit unsere Kanalnetze an zukünftige klimatische Bedingungen angepasst werden müssen. Entscheidend dabei ist insbesondere wie sich Extremniederschläge ändern, die für Überflutungen städtischer Infrastruktur verantwortlich sind. Dazu haben wir ein stochastisches Regenmodell verwendet, das sowohl an die historischen, wie auch an zehn unterschiedliche Klimaprognosen angepasst wurde. Aus den Ergebnissen ist kein deutliches Signal zu erkennen. Damit können keine klaren Empfehlungen für Klima-Anpassungen gemacht werden. Allerdings zeigen die Ergebnisse, dass Extremniederschläge auch unter heutigem Klima hoher Variabilität unterliegen. Dies wird in der heutigen Planung noch nicht berücksichtigt. Die Bedeutung dieser Faktoren wird deshalb an zwei ausgewählten Kanalnetzen im Fallstudiengebiet „Mönchaltorfer Aa“ untersucht. Dies stellt eine erste Grundlage dar, um Empfehlungen für die Praxis abzuleiten.

Fallstudie

Durch die Kombination von Alterungsprognosen mit Sanierungsstrategie und Nutzung der simulierten Regendaten kann der zukünftige Investitionsbedarf bestimmt werden. Diese Berechnungen werden parallel für die möglichen Zukunftsszenarien im Fallstudiengebiet „Mönchaltdorfer Aa“ durchgeführt. Dabei werden für zukünftig entstehende Siedlungsgebiete neue Infrastrukturen erzeugt und in die Berechnungen mit einbezogen.

Aus diesen Berechnungen gehen wichtige Attribute verschiedener Planungsalternativen hervor, welche für die MCDA von Bedeutung sind. Damit können Sanierungsstrategien und weitere Handlungsoptionen identifiziert werden, die für die Akteure besonders attraktiv sind. Ebenfalls berechnet werden die Unsicherheit dieser Resultate und die Robustheit gegenüber den Zukunftsszenarien.

Ausblick

Obwohl die im Projekt erarbeiteten Modelle generisch und nicht an die Fallstudien gebunden sind, braucht es noch einige Umsetzungsschritte bis zur vollen Praxistauglichkeit der Planungstools. Die Implementation der Modelle muss für verschiedene Ausnahmefälle abgesichert werden (Konsistenzchecks) und ggf. angepasst werden. Die Modelle müssen in der Bedienbarkeit noch verbessert werden.

Mehr Informationen

• Teilprojekt 2: Dissertation von Christoph Egger: Leistungs- und Zustandsermittlung für die Siedlungsentwässerung der Zukunft.
• Teilprojekt 3: Dissertation von Lisa Scholten: Multikriterielle Entscheidungsanalyse für die Planung von Infrastrukturen der Wasserversorgung unter Unsicherheit.