Wasserversorgungsunternehmen haben ein hohes Interesse daran, Wasserverluste in ihrem Leitungsnetz zu überwachen und zu minimieren. Um dafür digitale Methoden anzuwenden, entwickeln die Fachleute am TZW Algorithmen und Verfahren zur Mustererkennung, um Ganglinien zum Wasserverbrauch zu analysieren und Besonderheiten aufzudecken. So können Verbrauchsanomalien und Leckagen bei der Wasserverteilung identifiziert werden.
Bereits seit vielen Jahren beschäftigt sich das TZW mit den Themen der Digitalisierung im Trinkwasserbereich. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei die Analyse großer Datenmengen mit dem Ziel, neue Erkenntnisse zu gewinnen und somit einen Mehrwert für die Wasserversorgung zu schaffen. Der Wasserverbrauch und der sorgsame Umgang mit Wasser sind grundlegende Aspekte an den ordnungsgemäßen Betrieb der Wasserversorgung. Bei der Überwachung und Ermittlung von Wasserverlusten kommen innovative digitale Instrumente zum Einsatz, die am TZW entwickelt und getestet werden.
Betriebliche Kennzahlen tiefer analysieren
Den Ausgangspunkt der Analyse bildet zunächst die Wasserbilanz, die das Unternehmen jährlich erstellt und dabei eine signifikante Differenz zwischen abgerechneter und verteilter Wassermenge feststellt. Dabei stellt sich die Frage, wie eine solche Differenz bewertet werden muss. Dazu gibt das DVGW-Arbeitsblatt W 392 Hilfestellung, in dem verschiedene Kennzahlen aufgeführt werden (spezifischer Wasserverlust, Infrastructure Leakage Index). Dabei wird bei der Netzabgabe zwischen in Rechnung gestellten und nicht in Rechnung gestellten Wassermengen differenziert. Die Differenz zwischen der Netzeinspeisung und Netzabgabe bildet den gesamten Wasserverlust, der wiederum in einen realen und scheinbaren Anteil differenziert werden muss.
Die genannten Kennzahlen basieren auf jährlichen Wasserbilanzen. Um das Verbrauchsgeschehen tiefer charakterisieren zu können, wurde am TZW ein Analyseverfahren entwickelt, das Zeitreihen von Einspeise- bzw. Verbrauchsdaten einer Bilanzzone (abgeschlossenes Versorgungsgebiet), die in einer zeitlichen Auflösung von kleiner einem Tag (z. B. Minuten- oder Stundenwerte) vorliegen, untersucht. Das Ziel der Datenanalyse besteht in
- der Ermittlung von typischen Verbrauchsmustern sowie
- der Ermittlung von Anomalien, also Abweichungen vom normalen Verbrauchsverhalten
Die Ergebnisse der Analyse, insbesondere die gefundenen Anomalien, helfen dabei, die Wasserverluste zu bewerten. So können bestimmte Ereignisse genau quantifiziert werden. Scheinbare oder reale Wasserverluste sind somit noch genauer analysierbar.
Algorithmen und Mustererkennung als Hilfsmittel
Grundlage des Verfahrens bilden Methoden des maschinellen Lernens, insbesondere Verfahren der Mustererkennung. Der Bereich der Mustererkennung befasst sich mit der automatischen Entdeckung von Regelmäßigkeiten in Daten durch den Einsatz von Algorithmen. Genau diese Eigenschaften werden für die Analyse von Verbrauchsdaten benötigt. Aus den Tagesganglinien werden typische Verbrauchsmuster ermittelt. Ausgehend von dem Normalverhalten werden in einem zweiten Analyseschritt Abweichungen ermittelt, die als Verbrauchsanomalien ausgegeben werden. Das Verfahren des TZW differenziert dabei zwischen verschiedenen Typen von Anomalien, z. B. ungewöhnliche Nachtmindestverbräuche oder ungewöhnliche Einzelentnahmen, die automatisch quantifiziert werden.
Das Analyseverfahren ermöglicht die Auswertung von zeitlich hochaufgelösten Zeitreihen des Durchflusses oder des Wasserverbrauchs. Es dient der Identifikation von sowohl regelmäßig auftretenden Verbrauchsmustern als auch Anomalien, die Hinweise auf Wasserverluste sein können. Das Verfahren kann damit eine wertvolle Unterstützung sein, wenn es um die Bewertung von Wasserverlusten geht.
