Urbane Wasserinfrastruktur - komplex aber doch einfach

 

Geldgeber: FWF - Der Wissenschaftsfonds

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Projektteam: Robert SITZENFREI, Sina HESARKAZZAZI, Mohsen HAJIBABAEI

Projektdauer: 09/2018 - 09/2021



Kurzbeschreibung:

Die Siedlungswasserwirtschaft beschäftigt sich mit allen wasserbezogenen Vorgängen in Städten und stellt einen Grundpfeiler für das gesellschaftliche Wohlbefinden dar. Die Wasserinfrastruktur ist traditioneller Weise in Form von Rohrnetzwerken in das Stadtgefüge integriert, verteilt Trinkwasser und sammelt Regen- und Abwasser. Zusammen mit der Stadt selber, wuchs die städtische Wasserinfrastruktur über die letzten Dekaden zu organischen und komplexen Systemen heran. In der Natur und auch in vielerlei technischen Systemen, werden solche Netzwerke anhand von graphentheoretischen Zusammenhägen beschrieben und bringen Einfachheit in komplexe Strukturen.

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Eines der Ziele dieses Projektes ist es, Prinzipien und graphentheoretische Konzepte sowie Algorithmen zur Beschreibung gewachsener Wasserinfrastruktursysteme zu verwenden. Dies soll dazu beitragen, den hohen Standard in industrialisierten Ländern zu erhalten bzw. auch in Entwicklungsländern effizient umzusetzen. Sind genug Informationen und Daten zu den Wassernetzwerken verfügbar, eignen sich hydraulische Netzwerkmodelle zur Beurteilung und Optimierung. Ein weiterer Grundstein von u r simple ist es die nötigen Informationen für solche Beurteilungsziele zu erarbeiten bzw. fehlende Informationen zu rekonstruieren. Das innovative Konzept von „Unsicherheiten in der Netzwerkstruktur“ zur Beurteilung und Ergänzung solcher Infrastrukturdaten soll in dieser Arbeit entwickelt und etabliert werden.

Siedlungswasserwirtschaftliche Strukturen haben Lebenserwartungen von 100 Jahren und mehr. Daher sind die jetzigen Strukturen auch stark geprägt von historischen Einbauten und Entscheidungen. Genauso werden aktuelle Entscheidungen und Einbauten einen langfristigen Einfluss auf die zukünftige Leistungsfähigkeit nehmen. Es ist deshalb insbesondere wichtig zu verstehen wie es historisch gesehen zu den jetzigen Strukturen kam. Verlässliche Informationen dazu sind meistens jedoch selten und aufwendig zu erheben. Eine Eignung des Konzeptes von „Unsicherheiten in der Netzwerkstruktur“ und Datenrekonstruktion soll zur Beantwortung dieser Fragestellung erweitert und untersucht werden. Die Hypothese lautet, dass sich anhand von verfügbaren Datenquellen, wie bspw. historische Orthophotos, die historischen Ausbauzustände der Wasserinfrastruktur rekonstruieren lassen und sich damit ein Mehrwert hinsichtlich Kosten- und Ressourceneffizienz, Rehabilitationsplanung und Zukunftsplanung für die jetzigen Strukturen ergibt. Deshalb sollen Einflussfaktoren für robuste, belastbare und flexible Strategien identifiziert werden, um den hohen Standard der Wasserinfrastruktur auch weiterhin zu erhalten.

 

sonstige Links:

Artikel in Journals und Konferenzen

  • Sitzenfrei, R.; Wang, Q.; Kapelan, Z.; Savic, D.: (2020): Using complex network analysis for optimization of water distribution networks. In: Water Resources Research, 56. https://doi.org/10.1029/2020WR027929
  • Hajibabaei, M.; Hesarkazzazi, S.; Lima, M.S,S.; Gschösser, F.; Sitzenfrei, R. (2020): Environmental assessment of construction and renovation of water distribution networks considering uncertainty analysis. In: Urban Water Journal, (published online); DOI: https://doi.org/10.1080/1573062X.2020.1783326 
  • Hesarkazzazi, S.; Hajibabaei, M.; Reyes-Silva, J.D.; Krebs, P. Sitzenfrei, R. (2020): Assessing Redundancy in Stormwater Structures under Hydraulic Design. In: Water 2020, 12(4) 1003; DOI: https://doi.org/10.3390/w12041003 
  • Reyes-Silva, J.D.; Zischg, J.; Klinkhamer, C.; Rao, P.S.C; Sitzenfrei, R.; Krebs, P. (2020): Centrality and Shortest Path Length measures for the functional analysis of Urban Drainage Networks. In Applied Network Science. 5:1 https://doi.org/10.1007/s41109-019-0247-8
  • Diao, Kegong & Sitzenfrei, Robert & Rauch, Wolfgang. (2019). The Impacts of Spatially Variable Demand Patterns on Water Distribution System Design and Operation. Water. 11. 567. https://doi.org/10.3390/w11030567
  • Hajibabaei, Mohsen & Hesarkazzazi, Sina & Gschösser, Florian & Sitzenfrei, Robert. (2019). Identifying the least amount of data for reliable life cycle assessment of water distribution networks. Conference Paper from 17th International Computing & Control for the Water Industry Conference, At Exeter, United Kingdom
  • Hajibabaei, Mohsen & Nazif, Sara & Sitzenfrei, Robert. (2019). Improving the Performance of Water Distribution Networks Based on the Value Index in the System Dynamics Framework. Water. 11. 2445. https://doi.org/10.3390/w11122445
  • Hesarkazzazi, Sina & Hajibabaei, Mohsen & Sitzenfrei, Robert. (2019). Functional Properties of Stormwater Systems Based on Graph Theory. Conference Paper from 17th International Computing & Control for the Water Industry Conference, At Exeter, United Kingdom
  • Jia, Ning & Sitzenfrei, Robert & Rauch, & Liang, & Liu, Fencheng. (2019). Effects of Urban Forms on Separate Drainage Systems: A Virtual City Perspective. Water. 11. 758. https://doi.org/10.3390/w11040758
  • Sitzenfrei, Robert & Oberascher, Martin & Zischg, Jonatan. (2019). Identification of network patterns in optimal water distribution systems based on complex network analysis. Conference Paper from World Environmental and Water Resources Congress 2019. 473-483. https://doi.org/10.1061/9780784482353.045
  • Zischg, Jonatan & Klinkhamer, Christopher & Zhan, Xianyuan & Rao, P. & Sitzenfrei, Robert. (2019). A Century of Topological Coevolution of Complex Infrastructure Networks in an Alpine City. Complexity. 2019. 1-16. https://doi.org/10.1155/2019/2096749
  • Zischg, Jonatan & Reyes-Silva, Julian & Klinkhamer, Christopher & Krueger, Elisabeth & Krebs, Peter & Rao, P. & Sitzenfrei, Robert. (2019). Complex Network Analysis of Water Distribution Systems in Their Dual Representation Using Isolation Valve Information. Conference Paper from World Environmental and Water Resources Congress 2019. 484-497. https://doi.org/10.1061/9780784482353.046
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