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Umwelttechnik, Abwasser, Trinkwasser, Wasserkraft

Die Wasserverbände

Leckerkennungs-Management

Im Bereich der Wasserversorgung ist es wichtig, dass sowohl Trink-, als auch Brauchwasser für alle Haushalte und Unternehmen zur Verfügung gestellt werden. Dies ist die Aufgabe der großen Wasserverbände, die meist direkt vor Ort agieren. Damit das Wasser überhaupt zum Endkunden gelangen kann, ist ein riesiges Netz von Rohren und Leitungen notwendig, das in der Regel unterirdisch verläuft.

Da es aber auch hier immer wieder zu einem Leck oder einem Rohrbruch kommen kann, muss der Wasserverband diesen Schaden möglichst früh feststellen. Die Feststellung erfolgt über verschiedene IT-Systeme, die sofort anzeigen, wenn ein Wasserverlust auftritt.

Der Grund dafür kann ein Rohrbruch oder ein kleines Leck in einer der Leitungen sein. Die IT-Systeme, die die zentralen Funktionen im Leckerkennungs-Management übernehmen, geben dabei bereits die ersten Anzeichen für einen entsprechenden Wasserverlust. Nur so können die Wasserverteilungssysteme optimal betrieben werden.

Dynamische Mengenbilanz

Die dynamische Mengenbilanz ist ein Strukturmodell, welches die Einzelteile eines bestimmten Systems, in diesem Fall des Wasserkreislaufs und deren Wechselwirkungen untereinander darstellt.

Dabei werden Daten gesammelt, wie das System als Ganzes funktioniert, und ebenso, welche Wirkungsweisen zu den beobachteten Reaktionen gelangen. Dabei beruht die dynamische Mengenbilanz auf dem Grundsatz der Beobachtung von Gewässern. Die Gesamtmenge ändert sich stetig, sie herauszufinden, ist mit Hilfe folgender Formel ein Leichtes:

Die Summe aller Zuflüsse des Gewässers abzüglich der Summe aller Abflüsse ergibt die Änderungsrate der gesamten Menge.

In der Regel beruht jede dynamische Mengenbilanz, egal, ob auf Wasserkreislauf oder andere Dinge bezogen, auf einer Differenzialgleichung. Gemeint ist damit eine Funktion, die verschiedene Ableitungen zueinander in Beziehung setzt.

Die Lösung der Gleichung ist damit eine bisher unbekannte Funktion, die erst mit Hilfe der Gleichung gefunden werden kann. Bei der Wasserversorgung spielt die dynamische Mengenbilanz eine wichtige Rolle, da man mit ihr feststellen kann, inwiefern sich der Wasserstand ändert.

Gradientenschnittverfahren

Um ein Leck in den Wasserleitungen frühzeitig erkennen und beheben zu können, bedarf es einiger Maßnahmen. Das Leckerkennungs-Management setzt dabei jedoch nicht nur auf eine einzelne Maßnahme, sondern kombiniert verschiedene Möglichkeiten miteinander, darunter auch das Gradientenschnittverfahren. Dieses Verfahren wird in der Regel stationär eingesetzt, da es bei diesem Einsatz am genauesten arbeiten kann.

Mit dem Gradientenschnittverfahren können einzelne Lecks in den Leitungen schnell geortet werden. Dabei basiert es auf der Grundlage, dass es die gemessenen Drücke und Durchflüsse des Wassers mit den vorher berechneten Drücken und Durchflüssen vergleicht.

Sollte die Mengenbilanz, die ebenfalls eingesetzt wird, eine Fehlmenge aufweisen, wird beim Gradientenschnittverfahren der Ort, an dem die höchsten Unterschiede zwischen berechneten und gemessenen Werten bestehen, als Ort des Lecks angesehen. So können die Techniker diesen Bereich aufsuchen und die Leitungen kontrollieren, ggf. auch reparieren.

Druckfallverfahren

Das Druckfallverfahren wird im Bereich des Leckerkennungs-Managements eingesetzt. Es dient der frühzeitigen Feststellung und Ortung von Lecks in den (Wasser-)Leitungen. Beim Druckfallverfahren werden auftretende Absenkungen des Drucks registriert.

Diese können sich von Sekunden bei einem Pumpenbetrieb bis hin zu Minuten bei einer Förderpause erstrecken. Solange sich diese Druckabsenkungen nicht auf Steuermaßnahmen beziehen, ist hier Obacht gegeben. Für den Fall, dass solch‘ starke Absenkungen des Drucks auftreten und im Zuge dessen keine Steuermaßnahmen vorgenommen wurden, wird die Stelle mit dem größten Druckabfall, den so genannten Druckfallamplituden, als Ort des Lecks bestimmt.

Allerdings ist hierbei nur eine sehr grobe Leckortung möglich. Das Druckfallverfahren arbeitet dabei völlig unabhängig von der Mengenbilanz, stellt aber eine sinnvolle Ergänzung zu den anderen Maßnahmen im Bereich der Leckerkennung dar. Sinnvoll ist ohnehin immer der Einsatz unterschiedlicher Maßnahmen, um Lecks in den Leitungen zu erkennen. Denn auf diese Weise können Fehlinformationen einer Maßnahme durch andere ausgeglichen werden.

Druck-Temperatur-Verfahren

Eine überaus interessante Möglichkeit, ein Leck in Rohrleitungssystemen zu finden, ist das so genannte Druck-Temperatur-Verfahren. Es wird in erster Linie eingesetzt, um kleinste Lecks sowie einen schleichenden Wasserverlust frühzeitig aufzeigen und beheben zu können. Die Durchführung des Verfahrens erfolgt in der Regel während der Förderpausen.

Notwendig dafür sind spezielle Absperrarmaturen. In jedem Leitungsabschnitt wird mittels des Druck-Temperatur-Verfahren der zeitliche Verlauf der beiden Größen dargestellt. Diese beiden Größen sind insbesondere bei sehr dichten Rohrleitungen wichtig und stehen hier auch in einem direkten Zusammenhang.

Sollten bei der Verfolgung der beiden Bezugsgrößen Diskrepanzen auftreten, so ist dies ein erstes Indiz für ein Leck, welches so schnell und einfach erkannt werden kann. Von entscheidender Bedeutung ist die regelmäßige Überwachung und Durchführung mit dem Druck-Temperatur-Verfahren, um auch minimale Veränderungen sofort erkennen und beheben zu können.

Laufzeitverfahren

Eine weithin geschätzte und häufig durchgeführte Maßnahme, um Lecks in (Wasser-) Rohrleitungssystemen ausfindig zu machen, ist das Laufzeitverfahren. Es dient vorrangig der besonders schnellen Leckortung plötzlich auftretender Lecks. Damit das Laufzeitverfahren die gewünschte Wirkung erzielen kann, muss jedoch die Leckrate groß genug sein, damit bei der Entstehung des Lecks entsprechend große Druckwellen entstehen, die auch messbar sind.

Die Druckwellen breiten sich dabei in den Rohren selbst aus. Die Geschwindigkeit, mit der die Ausbreitung erfolgt, ist ein bekannter Faktor und kann berechnet werden. Wenn die Druckwellen den Drucktransmitter, der in den Leitungen eingesetzt ist, passiert, dann wird dieser Zeitpunkt festgehalten.

Für ein hinreichend genaues Ergebnis müssen mindestens zwei dieser Ereignisse erfasst werden. Der Zeitpunkt des Auftretens der Druckwellen sowie die geometrischen Netzdaten werden dann zusammen geführt und zu einem Leckort umgerechnet. Um Lecks zu orten, die plötzlich auftreten, muss das Laufzeitverfahren entsprechend kontinuierlich durchgeführt werden.