Die Bewässerung urbaner Grünflächen wird in vielen Regionen Deutschlands zu einer immer größeren Herausforderung. Längere und heißere Trockenperioden erfordern intensivere Bewässerung insbesondere von Jungbäumen, während die Wasserknappheit vor allem in den Sommermonaten zunimmt. Die Einführung von Maßnahmen zur Wasserwiederverwendung und damit die Entkopplung der Grünflächenpflege von möglichen Engpässen bei der Trinkwasserversorgung gewinnt daher zunehmend an Bedeutung.

Im Rahmen des Projektes DigiWaVe, koordiniert vom KWB, sollen digitale mit analogen Lösungen zur Wasserwiederverwendung kombiniert werden. Am Modellstandort Bad Oeynhausen sollen Instrumente entwickelt werden, um Kommunen bei der Planung und Umsetzung zu unterstützen. Für dieses Ziel arbeiten wir mit den Stadtwerken Bad Oeynhausen, Betreiber der Kläranlage und zugleich Wasserversorger; Xylem Services, einem Hersteller von UV-Desinfektionsanlagen; Masasana, einer Software-Consulting Firma mit Spezialisierung auf KI-Lösungen und Schölzel Consulting, einer praxiserfahrenen selbstständigen Ingenieurin, zusammen.

Als Fortsetzung zu den bisherigen Arbeiten des KWB zum Thema Wasserwiederverwendung werden in DigiWaVe vier digitale Lösungsbausteine entwickelt und erprobt, um die Wasserwiederverwendung in Kommunen zu unterstützen:

1. Ein Echtzeitprognosemodell der Reinigungsleistung von UV-Anlagen zur Wasserwiederverwendung: Das KWB testet verschiedene Vorhersagealgorithmen zur Echtzeitprognose der mikrobiellen Wasserqualität. Diese sollen Betreiber einer Wasserwiederverwendung bei der Implementierung technischer Risikomanagementmaßnahmen unterstützen gemäß der neuen EU-Verordnung zur Wasserwiederverwendung, der noch in Arbeit befindlichen Merkblattreihe 1200 „Wasserwiederverwendung“ der deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall DWA sowie der DIN 19650 „Bewässerung – Hygienische Belange von Bewässerungswasser“. Ziel ist es, dass das Modell möglichst nachvollziehbar ist und gleichzeitig die sichere Einhaltung der Qualitätsziele gewährleistet.

2. Ein Cloud-basiertes Datenmanagement für die urbane Wasserwiederverwendung: Die Vernetzung und Automatisierung von Anlagen und Prozessen sowie die Optimierung der Bereitstellung und des Austauschs von Daten werden hier vom KWB und Xylem behandelt. Die Zusammenführung von Daten aus unterschiedlichen Datenquellen auf einer Plattform stellt dabei eine Herausforderung dar, insbesondere wenn diese für Echtzeitprognosengenutzt werden sollen bzw. Teile der Daten Informationen über die kritische Infrastruktur enthalten.

3. Ein Modell des Bewässerungsbedarfs der urbanen Grünflächen: Im Modell soll ausschließlich auf bereits vorhandene Datenquellen, wie Wetterdaten, Vegetationsdaten des Grünflächenamtes und Satellitenbilder aus dem europäischen Erdbeobachtungsprogramm Copernicus zurückgegriffen werden. Zur Validierung des Modells werden an fünf in der Stadt verteilten Referenzpflanzungen Bodenfeuchtemessungen durchgeführt. Das Wasserbedarfsprognosemodell ohne Sensornetze stellt im Kontext der urbanen Grünflächenpflege eine Neuheit dar und soll die Wiederverwendbarkeit in anderen Städten erhöhen. Zusätzlich wird ein Webinterface zur Bereitstellung der Ergebnisse des Modells in enger Zusammenarbeit mit den Nutzenden entwickelt.

4. Eine automatisierte Routenplanung für die Bewässerungsfahrzeuge sowie eine optimierte Positionierung von Wasserentnahmepunkten: Ein Routenplanungstool wird entwickelt, das automatisch Routenpläne für Bewässerungsfahrzeuge erstellt. Grundlage dafür sollen unter anderem die prognostizierten Bewässerungsbedarfe aus Lösungsbaustein 3 bilden. Hier wird das komplexe Problem der schnellsten Routenfindung bei mehreren Wegpunkten („Traveling Salesman Problem“) behandelt. Unser Ansatz ist es, über Clusterung, also Zusammenschluss von Bewässerungsgebieten, die Komplexität zu verringern, ohne die Qualität der Routenpläne zu beeinträchtigen. Zusätzlich wird die optimale Verteilung von Wasserentnahmepunkten entlang einer möglichen Standleitung durch das Stadtgebiet ermittelt.