Bedarf

Einer der wichtigsten Aspekte bei der Modellierung eines Wasserversorgungssystems ist die Modellierung des Wasserbedarfs aus dem System.

Der Wasserbedarf in einem bestimmten Gebiet kann wie folgt unterteilt werden:

Die Bedarfsanalyse wird in der Regel als separate Aufgabe vor der detaillierten Modellierung des Wasserversorgungssystems durchgeführt. Die Bedarfsanalyse liefert den notwendigen Input für Simulationsläufe (z. B. Bedarfsprofile, die auf Kundenpunkte angewendet werden sollen) und bietet darüber hinaus wertvolle Informationen für Planer, Konstrukteure und Manager im Wasserversorgungsunternehmen.

Diese Seite beinhaltet die folgenden Abschnitte:

  1. Bedarfsprofile
  2. Modellierung des Verbrauchs
  3. Verluste
  4. Außergewöhnlicher Bedarf
  5. Druckbezogener Bedarf
  6. Bearbeiten des Bedarfs in InfoWorks WS

Weitere Informationen zum Durchführen der Bedarfsflächenanalyse in InfoWorks finden Sie im Thema Bedarfsflächenanalyse.

Bedarfsprofile

Das Bedarfsprofil in einem Gebiet wird maßgeblich von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter die Jahreszeit, der Wochentag und die Tageszeit.

Tägliche Variationen

Schwankungen des Bedarfs während des Tages sind bei der Modellierung des Wasserversorgungssystems am wichtigsten. Die folgende Grafik zeigt die Bedarfsschwankungen über mehrere Tage in einer Stadt in Großbritannien. Die täglichen Muster sind bemerkenswert ähnlich, mit deutlichen Spitzen am Morgen und am Abend und dem gleichen Niveau beim Verbrauch während der Nacht.

Täglicher Wasserbedarf in einer Stadt in Großbritannien

Der Bedarf in einem Gebiet setzt sich aus den Bedarfsprofilen einzelner Verbraucher, Verlusten und außergewöhnlichem Bedarf in diesem Gebiet zusammen. Typische Profile werden häufig für einzelne Verbraucher verwendet, wenn keine detaillierteren Informationen vorliegen. Nachstehend sind einige Beispiele abgebildet.

Typische Beispiele für Tagesprofile

Arbeitstage im Vergleich zu Wochenenden

Dieser Effekt kann an einigen Orten und in einigen Ländern erheblich sein. Die folgende Grafik zeigt die Veränderung des Bedarfs während der Woche für eine britische Stadt. In diesem Beispiel treten Spitzen morgens am Wochenende auf.

Bedarfsschwankungen im Wochenverlauf in einer britischen Stadt

In Städten mit entwickelter Industrie ist der Wasserbedarf in der Regel von Montag bis Freitag höher und am Wochenende niedriger, wenn die Industrieanlagen geschlossen sind. In den Ferienorten ist das Gegenteil der Fall, da der Spitzenbedarf an Wochenenden auftritt, wenn die Bevölkerung mit Wochenendbesuchern zunimmt.

Saisonale Änderungen

Die Jahreszeit hat einen erheblichen Einfluss auf den Wasserverbrauch, sowohl in Bezug auf den Gesamtbedarf als auch auf den lokalen Wasserverbrauch. Die örtlichen Gegebenheiten sind vorherrschend. Dazu gehören:

Die folgende Grafik zeigt einen Vergleich zwischen einer Großstadt auf dem Festland und einer Küstenstadt.

Saisonale Schwankungen beim Bedarf

Der Wasserbedarf in der Großstadt auf dem Festland erreicht im Mai/Juni eine Spitze, eine weitere kleinere Spitze im September. Im Hochsommer ist der Bedarf trotz des sehr heißen Wetters deutlich geringer, da viele Einwohner im Urlaub sind. Der Gesamtbedarf liegt unter dem Jahresdurchschnitt.

Ganz anders ist die Situation in der Küstenstadt, einem gut erschlossenen Touristenort. Hier ist der Spitzenbedarf sehr ausgeprägt, zwei- bis dreimal höher als im Jahresdurchschnitt, da die Zahl der Touristen in den Sommermonaten die einheimische Bevölkerung deutlich übersteigt.

Wetterbedingungen

Die Wetterbedingungen können in einigen Fällen sehr wichtig sein. Die beiden nachstehenden Schaubilder zeigen die Muster des häuslichen Bedarfs während der Messversuche im Jahre 1989 und zeigen deutlich die Auswirkungen der Wetterbedingungen.

Wasserbedarf bei wechselnden Wetterbedingungen

Das Muster bei Trockenheit und Hitze weist zwei markante Spitzen auf: morgens und abends. An regnerischen Tagen ist das Muster deutlich anders. Die zweite Spitze ist fast verschwunden. Wenn es regnet, muss der Garten nicht bewässert werden.

Modellierung des Verbrauchs

Die Zuweisung des Bedarfs zu Knoten im gesamten Netz ist entscheidend für die letztendliche Genauigkeit des Modells. Jede Menge an Wasser, die an den Kunden geliefert wird, ist der Verbrauch, unabhängig davon, ob er verbucht wurde oder nicht. Beispiele für Kunden sind:

Kunden können in Kategorien eingeteilt werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass Kunden in derselben Bedarfskategorie Wasser in einem ähnlichen Muster, jedoch in unterschiedlichen Mengen verbrauchen. Beispiele für Bedarfskategorien:

Ein genaues Bild der täglichen Schwankungen ist sehr wichtig, und es sollten dabei keine Mühen gescheut werden. Informationen aus Abrechnungsdaten, Telemetriedaten und Loggern sollten sorgfältig gesammelt und analysiert werden. Wenn nur wenige und unzuverlässige Daten vorliegen, sollten Feldtests durchgeführt werden. Bedarfsprofile aus anderen Systemen können sehr irreführend sein und sollten nur für Vorläufe verwendet werden.

Definieren einer Bedarfskategorie

Das Bedarfsprofil eines Kunden wird mit dem Bedarfsdiagramm-Editor als Bedarfskategorie definiert. Die Bedarfskategorie besteht aus einem 24-Stunden-Wasserbedarfsmuster mit Gewichtungsfaktoren für Wochentag und Monat des Jahres. Es wird empfohlen, das Profil zu normalisieren (d. h. den Durchschnittswert des Profils auf eins festzulegen).

Der Wasserbedarf eines Kunden wird über die folgenden Faktoren definiert:

Der tatsächliche Wasserbedarf wird durch Multiplikation des durchschnittlichen Verbrauchs mit dem normalisierten Bedarfskategorieprofil berechnet.

Es ist möglich, Profile für eine Bedarfskategorie für jeden Wochentag zu definieren. Wöchentliche und saisonale Schwankungen können durch die Verwendung von Tages- und Monatskoeffizienten dargestellt werden, die im Bedarfsdiagramm-Editor definiert werden.

Der Wasserbedarf für jeden Kunden wird mit der folgenden Formel berechnet:

Q demand = Q average .K m .Kd.K h

Dabei gilt:

Km ist der Monatskoeffizient.

Kd ist der Tageskoeffizient

Kh ist der Zeitkoeffizient (Eintrag Bedarfskategorie)

Ausführlichere Informationen zum Verbrauch an Knoten finden Sie unter Zuweisen des Bedarfs zu Knoten.

Der Wasserbedarf muss mit dem nächstgelegenen normalen Knoten oder Reservoirknoten verbunden werden. Er kann keinem anderen Netzobjekt zugeordnet werden.

Mehrere Benutzer können einem einzelnen Knoten zugeordnet sein. Sie können verschiedenen Kategorien angehören. Die Grafik zeigt ein einfaches Beispiel.

Komponenten des Wasserbedarfs an einem Knoten

Der Bedarf in diesem Knoten setzt sich aus Folgendem zusammen:

Verluste

Die gängige Praxis besteht darin, nur den berechneten Wasserverbrauch zu erhöhen. Dies ist für Wasserversorgungssysteme nicht geeignet, da sich Verluste ganz anders verhalten als der Verbrauch. Untersuchungen haben gezeigt, dass Verluste in der Nacht nicht abnehmen und tagsüber zunehmen, sondern hauptsächlich vom örtlichen Versorgungsdruck abhängen.

Verhältnis von Verlusten und Betriebsdruck

Dieses Verhältnis ist fast linear (Leakage Control Policy and Practice (1980)) und zeigt, dass die Verluste über Nacht zunehmen.

Dies wird durch eine Untersuchung der Wassernutzungsmuster für Großstädte bestätigt. Vergleicht man die Bedarfsmuster für die gesamte Stadt mit denen für einzelne Nutzer, so stellt man fest, dass der Gesamtbedarf eine glattere Kurve ergibt – das nächtliche Minimum ist höher und die Tagesspitzen sind niedriger – als in einzelnen Diagrammen. Verluste, die in vielen Wasserversorgungssystemen bei zwischen 20 und 40 % des Gesamtbedarfs liegen, sind nachts aufgrund des höheren Betriebsdrucks zeitinvariant oder höher. Dadurch wird der Gesamtbedarf tendenziell über 24 Stunden nivelliert.

Tagesdiagramme an verschiedenen Standorten

Modellierung von Verlusten

InfoWorks WS Pro behandelt Verluste unabhängig vom Verbrauch. Verluste sollten unter Verwendung aller verfügbaren Informationen verteilt werden:

Verluste sollten in erster Linie Folgendem zugeordnet werden:

InfoWorks WS Pro geht davon aus, dass die Verluste während der Simulation konstant sind, es sei denn, der Benutzer hat die Option für druckbezogene Bedarfe und Verluste ausgewählt. Die Methode für druckbezogenen Bedarf ist höchst hypothetisch, durch die sorgfältige Verwendung zuverlässiger Echtzeitdaten kann der Anwender das Modell jedoch erheblich verbessern und bessere und realistischere Ergebnisse erzielen.

Außergewöhnlicher Bedarf

Ein außergewöhnlicher Bedarf kann für die Brandbekämpfung und andere Notfälle erforderlich sein oder aufgrund von Rohrbrüchen auftreten.

Der Benutzer hat die Möglichkeit, einem oder mehreren Knoten außergewöhnliche Bedarfe zuzuweisen und den Zeitpunkt, die Dauer und die Intensität dieser Bedarfe festzulegen. Ein außergewöhnlicher Bedarf kann an einem Knoten ebenso wie oder anstelle von lokalen Verbräuchen und Verlusten einbezogen werden. Dies ist besonders nützlich, um Rohrbrüche im Netz zu simulieren, Verluste zu bewerten und eine Abwehrstrategie zu entwickeln.

Der Benutzer kann diese Option auch zum Simulieren von Steuerungsrichtlinien und Notfallplänen verwenden, um zu testen, ob ausreichende Wasserreserven vorhanden sind, um möglichen Notfällen entgegenzuwirken.

Weitere Informationen finden Sie unter außergewöhnlicher Bedarf und Hydrantenbetrieb.

Druckbezogener Bedarf

InfoWorks WS Pro bietet eine erweiterte Option, mit der Sie den Einfluss des Betriebsdrucks auf den Bedarf und die Verluste durch Undichtigkeiten modellieren können. Dies ist eine erweiterte Option und sollte nur mit Vorsicht verwendet werden.

Weitere Informationen finden Sie unter Druckbezogener Bedarf.

Bearbeiten des Bedarfs in InfoWorks WS

Ausführlichere Informationen zum Zuweisen und Bearbeiten von Bedarfskomponenten in InfoWorks WS Pro finden Sie im Thema Zuweisen von Bedarf zu Knoten.

Bedarfsdiagramme

Ein Bedarfsdiagramm enthält eine oder mehrere Bedarfskategorien, die Bedarfsprofile für bestimmte Verbrauchertypen beschreiben. Die täglichen Bedarfsmuster können nach täglichen und monatlichen Faktoren skaliert werden.

Bedarfsdiagramme werden mit dem Bedarfsdiagramm-Editor definiert und bearbeitet.

Das Bedarfsdiagramm ist ein wichtiger Bestandteil jeder Simulation. Weitere Informationen finden Sie unter Simulationen.

Skalieren des Bedarfs

Die Bedarfsskalierung kann verwendet werden, um Bedarfsänderungen zu modellieren, indem Multiplikationsfaktoren auf vorhandene Modellbedarfe und Übertragungsvolumenströme, die Knoten zugewiesen sind, angewendet werden. Dadurch können Änderungen des Bedarfs (z. B. prognostizierter Bedarfsanstieg) modelliert werden, ohne die Bedarfswerte für einzelne Knoten zu ändern.

Skalierungsfaktoren können nach Flächencode und/oder Bedarfskategorie gruppiert auf den Bedarf angewendet werden. Skalierungsfaktoren werden mit dem Editor für Bedarfsskalierung bearbeitet.

Weitere Informationen zur Bedarfsskalierung finden Sie unter Bedarfsskalierung.

Jede Simulation kann eine Bedarfsskalierung enthalten. Eine Bedarfsskalierung wird aufgenommen, indem sie zur Ansicht Hydraulischen Lauf planen hinzugefügt wird. Weitere Informationen finden Sie unter Simulationen.

Bedarf an einzelnen Knoten

Der Bedarf kann für Basisknoten, Reservoire und Hydrantenknoten zugewiesen werden. Der Bedarf an Knoten kann auf drei Arten angezeigt und bearbeitet werden:

Statische Bedarfszuweisung

Externe Kundenpunktdaten aus GIS- oder CSV-Dateien können verwendet werden, um Knoten im Netz automatisch Bedarf zuzuweisen. Weitere Informationen finden Sie unter Statische Bedarfszuweisung.

Kundenpunktbezogene Bedarfe können mithilfe des Assistenten für Bedarfsaktualisierung aus CSV-Dateien aktualisiert werden.

Zuweisung von Landnutzungsbedarf

Externe Polygondaten aus GIS-Dateien können verwendet werden, um Knoten im Netz automatisch flächenbasierten Bedarf zuzuweisen. Weitere Informationen finden Sie unter Zuweisen von Landnutzungsbedarf zu Knoten.

Bedarfsflächenanalyse

InfoWorks verwendet Informationen aus den Netz-, Steuerungs-, Echtzeitdatenkonfigurations-, Bedarfsdiagramm- und Ergebnisdateien, um eine Bedarfsanalyse durchzuführen. Die Ergebnisse aus der Analyse können zum Aktualisieren von Bedarfsdiagrammen und des Bedarfs an einzelnen Knoten verwendet werden.

Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt Bedarfsflächenanalyse.

Zugehörige Informationen