German: In den vergangenen Jahren hat sich die Datenlage zum Zustand der Abwasserkanalisation und zur Wirkung unterschiedlicher Sanierungsverfahren stetig verbessert. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden durch das Kompetenzzentrum Wasser Berlin und die Berliner Wasserbetriebe Prognosemodelle zur Bewertung unterschiedlicher Sanierungsszenarien sowie zur Lokalisierung schadhafter Kanäle entwickelt. Die vorliegende Studie zeigt den Weg von Bestands- und Zustandsdaten des Kanalnetzes zu einem an die lokalen Randbedingungen angepassten Simulationswerkzeug für die strategische Kanalsanierungsplanung. Dabei werden Methoden zur modellgestützten Ergänzung von Datenlücken sowie die entwickelten Modellkomponenten für Kanalalterung und -sanierung vorgestellt. Darüber hinaus werden Ergebnisse ausgewählter Sanierungsszenarien und die wichtigsten Prognoseunsicherheiten diskutiert. Der entwickelte Ansatz unterstützt die Kanalsanierungs- und Investitionsplanung von Kommunen und hilft, den Zustand der Abwasserinfrastruktur langfristig zu erhalten oder zu verbessern.

Sustainable urban drainage systems (SUDS) can significantly reduce runoff from urban areas. However, their potential to mitigate acute river impacts of combined sewer overflows (CSO) is largely unknown. To close this gap, a novel coupled model approach was deployed that simulates the effect of realistic SUDS strategies, developed for an established city quarter, on acute oxygen depressions in the receiving river. Results show that for an average rainfall year the SUDS strategies reduce total runoff by 28% - 39% and peak runoff by 31% - 48%. Resulting relative reduction in total CSO volume ranges from 45% - 58%, exceeding annual runoff reduction from SUDS by a factor of 1.5. Negative impacts in the form of fish-critical dissolved oxygen (DO) conditions in the receiving river (<2 mg DO/L) can be completely prevented with the SUDS strategies for an average rainfall year. The realistic SUDS strategies were compared with a simpler simulation approach which consists in globally downscaling runoff from all impervious areas. It indicates that such a simple approach does not completely account for the positive effect of SUDS, underestimating CSO volumes for specific rain events by up to 13%. Accordingly, global downscaling is only recommended for preliminary planning purposes.

Urban water infrastructure is increasingly expected to be resilient to change. To support such resilience goals of cities we propose an approach, which quantifies resilience based on observed or simulated system performance and a tolerable threshold of performance. The approach is demonstrated for the performance of urban drainage systems during storm events regarding their impact on receiving surface waters. The exemplary application underlines that resilience can be quantified and that it may support the understanding of system performance. Moreover, different disturbances (such as storm events or technical system failures) can be assessed separately or in combination. The presented approach is suggested as a starting point to be tested and developed further. In order to allow this development, all the functions used were joined in an R package and made freely available online.

Die Erhöhung der Resilienz urbaner Wasserinfrastrukturen wird oft als wichtiges Ziel genannt. Eine Literaturstudie zeigt, dass dafür konkretisiert werden muss, um welche Infrastruktur es sich handelt, gegenüber welcher Störung sie resilient sein soll und an welcher Leistung sich die Resilienz zeigen soll. Hier wird darauf aufbauend ein quantitativer Ansatz der Resilienzmessung vorgeschlagen, der die Schwere des Leistungsausfalls gegenüber einem Grenzwert über die Zeit integriert und dieses Integral über das Zeitintervall und den gewählten Grenzwert normiert. Eine beispielhafte Anwendung für Stadtentwässerungsstrategien bei Starkregenereignissen zeigt, dass der vorgeschlagene Ansatz den Vorteil hat, dass Dauer und Ausmaß eines Leistungsausfalls in einem Resilienzwert berücksichtigt werden können. Zudem erlaubt der Ansatz eine Evaluation unterschiedlicher Störungen, beispielsweise durch Systemausfälle. Durch die Normierung wird ein Vergleich unterschiedlicher Leistungen von Wasserinfrastruktur ermöglicht. Allerdings ist die normierte Resilienz stark von der Wahl des Zeitintervalls und des festgelegten Grenzwertes abhängig und damit nicht ohne weiteres auf andere Systeme übertragbar.

Kanalalterungsmodelle, mit denen sich der Zustand von Abwasserkanälen simulieren lässt, können wertvolle Werkzeuge für die Sanierungsplanung sein. Dennoch werden sie in Deutschland bisher nur von wenigen Kanalnetzbetreibern eingesetzt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens SEMA-Berlin wurden verschiedene Modellansätze getestet und hinsichtlich ihrer Prognosequalität bewertet. Für den Modellaufbau wurden die Ergebnisse von mehr als 100 000 TV-Inspektionen sowie Daten zu den individuellen Kanaleigenschaften und Umgebungsfaktoren der Stadt Berlin verwendet. Die Untersuchungen zeigen, dass das statistische Modell GompitZ die Zustandsverteilung des Kanalnetzes mit einer Genauigkeit von 99 % wiedergeben kann. Mit Random Forest, einem Modell des maschinellen Lernens, kann mit einer Trefferquote von 67 % vorhergesagt werden, welcher Kanal sich im schlechten Zustand befindet. Die Ergebnisse können dafür genutzt werden, prioritäre Haltungen für Kanalinspektionen zu identifizieren und Investitionen so zu steuern, dass der Zustand der Kanalisation langfristig erhalten oder sogar verbessert wird.