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Aggerverband verleiht Förderpreis mit Hochschule

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08.03.2018

Zum 17. Mal verleiht der Aggerverband in Zusammenarbeit mit der TH-Köln, Campus Gummersbach, seinen Förderpreis. Prämiert werden in diesem Jahr drei herausragende Abschlussarbeiten mit einem wasserwirtschaftlichen Bezug. Die diesjährige Preisverleihung fand im Konferenzraum "Kienbaum" in der Technischen Hochschule auf dem Steinmüllergelände statt.

Die Arbeiten stehen gleichwertig nebeneinander. So werden die einzelnen Arbeiten jeweils mit einem Preisgeld von 600 € dotiert.

Die Preisträger und die Titel ihrer Arbeiten für 2018 lauten:
 

Master of Engineering Timo Metze
Thema: Development and integration of a virtual sensor for wastewater treatment plants based on deep learning methods


Betreuung: Prof. Dr. Michael Bongards (TH Köln, Campus Gummersbach), Prof. Dr. Frithjof Klasen (TH Köln, Campus Gummersbach)

Die Regelung des Betriebes von Abwasserreinigungsanlagen basiert auf der Erfassung von Zulauffrachten und Betriebsparametern. Einer dieser Parameter ist der TOC-Wert (englisch total organic carbon), der die Summe des gesamten organischen Kohlenstoffs in einer Probe angibt. Er ist das Maß für die Schmutzfacht im Zulauf einer Kläranlage. Leider ist die kontinuierliche Messung dieses Parameters relativ aufwändig.

Vor diesem Hintergrund war es Ziel der Masterarbeit von Herrn Timo Metze, einen virtuellen Sensor auf Basis künstlicher neuronaler Netze zu entwickeln, um die TOC Konzentration im Zulauf einer Kläranlage auf der Basis anderer, einfach zu messender Zulaufparameter, wie Zuflussmenge, pH-Wert, Temperatur und Leitfähigkeit vorherzusagen.

In der Ausarbeitung stellt Herr Metze nach einer kurzen einleitenden Übersicht zur Problem- und Aufgabenstellung die für die Arbeit relevanten Grundlagen zu künstlichen neuronalen Netzen und Deep Learning („tiefgehendes Lernen“) strukturiert und in verständlicher Weise dar. Hierbei gelingt es Herrn Metze exzellent, dem Leser ein Basiswissen über künstliche neuronale Netze und Deep Learning, dem derzeit am weitesten verbreiteten maschinellen Lernverfahren zu vermitteln.

Die im Anschluss vorgestellten gängigen Programmbibliotheken für maschinelles Lernen geben einen anschaulichen Überblick über die derzeit verfügbare Software. Das im Zuge seiner Masterarbeit durchgeführte Versuchsprogramm erfolgte mithilfe der drei Plattformen Tensorflow (Google), CNTK (Microsoft) und Theano (Universität Montreal). Die Vorversuche verdeutlichen die unterschiedlichen Lerngeschwindigkeiten und die mittleren quadratischen Fehler der drei Plattformen. Die Untersuchungen zeigen, dass die Genauigkeit der erzielten Ergebnisse nicht ausreicht, um eine TOC-Messung durch künstliche neuronale Netzwerke zu ersetzen. Jedoch eignet sich ein entsprechender virtueller Sensor durchaus dazu, eine Redundanz zu eine realen TOC Messung aufzubauen, so dass der virtuelle Sensor die reale Messung bei einem Ausfall zeitlich begrenzt ersetzen kann.

Insgesamt bearbeitet Herr Metze die Aufgabenstellung mit einem Aufwand, der durchschnittliche Anforderungen an eine Masterarbeit deutlich übertrifft. Die hervorragende Qualität der Arbeit begründet die Prämierung durch den Aggerverband.
 

Bachelor of Engineering Tanja Seeliger
Thema: Erstellung eines Wasserversorgungskonzeptes nach Landeswassergesetz NRW


Betreuung: Prof. Dr. Lothar Scheuer (Aggerverband), Dipl.-Kaufm. Harald Kawczyk (Stadtwerke Gummersbach)

Das novellierte Landeswassergesetz NRW vom 8. Juli 2016 verlangt von den Gemeinden ab dem 1. Jan. 2018 ein Wasserversorgungskonzept. Darin sind die derzeitige Versorgungssituation und deren Entwicklung und damit verbundenen Entscheidungen darzustellen. Die Wassergewinnungsgebiete mit dem zugehörigen Wasserdargebot, die Wassergewinnungs- und –aufbereitungsanlagen sind zu dokumentieren, die Beschaffenheit des Trinkwassers und der Verteilungsanlagen sowie der Wasserversorgungsgebiete und deren Zuordnung zu den Wassergewinnungsanlagen sind zu beschreiben. Dabei sind auch der Klimawandel und demografische Veränderungen zu berücksichtigen. Das Umweltministerium hat dazu eine Rechtsverordnung für die Wasserversorgungskonzepte erarbeitet, die zum Zeitpunkt der Arbeit nur als Entwurf vorlag.

Die Stadtwerke Gummersbach übernehmen im Gebiet der Stadt Gummersbach die Wasserversorgung für Industrie, Gewerbe und Bürger und betreiben dazu ein Verteilnetz mit eigenen Speichern. Der Aggerverband gewinnt das Trinkwasser aus zwei Talsperren, bereitet es auf, verteilt es großflächig und betreibt Speicheranlagen. An Übergabestellen wird das Trinkwasser vom Aggerverband an die Stadtwerke Gummersbach übergeben.

Gegenstand der Bachelorarbeit ist die Erstellung einer Wasserversorgungskonzeptes für die Stadt Gummersbach, die den derzeitigen Stand der Erkenntnisse bei Betreibern, den wasserwirtschaftlichen Verbänden und dem Ministerium berücksichtigt.

Dies beinhaltet die folgenden Aufgabenteile:

  • Zusammenstellung der Grundlagendaten bei den Stadtwerken Gummersbach und beim Aggerverband
  • Erarbeitung des derzeitigen Standes zum Inhalt der Wasserversorgungskonzepte mit Umweltministerium und Bundesverband Energie und Wasserwirtschaft, Landesgruppe NRW
  • Auswahl eines demografischen Modells und Ableitung einer Bedarfsprognose für den Trinkwasserbedarf für das Stadtgebiet Gummersbach
  • Zusammenstellung vorhandener Klimaprognosen für das Bergische Land und Abschätzung der Bedeutung für die Wasserversorgung
  • Erstellung des Entwurfs eines Wasserversorgungskonzeptes für die Stadt Gummersbach


Frau Seeliger hat die Aufgabenstellung konsequent bearbeitet und systematisch gelöst. Es standen ihr keine Vorlagen zur Verfügung, sie musste vielmehr eine Vielzahl von sinnvollen Annahmen treffen.

Die Arbeit bedeutet für den Aggerverband eine sehr gute Grundlage für die systematische Datenbereitstellung für alle verbandlichen Mitglieder im Trinkwasserbereich und damit Arbeitserleichterung. Die Gemeinden des Aggerverbandes können die Daten als Eingangsgrößen für ihre gemeindlichen Wasserversorgungskonzepte direkt nutzen.

Die Dokumentation erfolgte sehr übersichtlich in schriftlicher Form und digital. Sie ist als weit überdurchschnittlich zu bewerten und wird daher zur Prämierung vorgeschlagen.

 
Bachelor of Engineering Johannes Scholl
Thema: Wirkungsanalyse der hydrodynamischen Berechnungsmethode in NASIM für ein Kanalnetz mit Überstau inklusive Plausibilitätsprüfung und Erarbeitung sinnvoller Defaulteinstellungen im Modell


Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Christian Jokiel (TH Köln), Dipl.-Ing. Dirk Sobolewski (Hydrotec)

Das Niederschlag-Abflussmodell NASIM wird von vielen Wasserverbänden, wie auch dem Aggerverband, für Bemessung und Planung wasserbaulicher Maßnahmen eingesetzt. Dabei werden aus Annahmen über das Niederschlagsgeschehen Abflussmengen in den Gewässern mathematisch ermittelt. Im Auftrag der Wasserverbände wurde ein hydrodynamisches Berechnungsmodul zum bestehenden Kalinin-Miljukov-Modul ergänzt. Da das hydrodynamische Berechnungsverfahren vergleichsweise neu ist, gibt es bisher nur wenige Modelle, an denen die verschiedenen Methoden  verglichen werden können und eine Beschreibung für Systeme, bei denen es zu einem Kanalüberstau kommt, existiert bislang nicht. Diese Lücke war durch die Arbeit zu schließen. Zusätzlich sollte geklärt werden, inwieweit die hydrodynamische Methode zur Modellierung von Kanalnetzen mit Straßennetz eingesetzt werden kann.

Herr Scholl hat die beiden Verfahren beschrieben und einen Testdatensatz aufgebaut, an dem er die Ergebnisse dargestellt und interpretiert. An diesen Testdatensätzen hat er das Modellverhalten insbesondere den Ein- und Überstauvorgang untersucht und verglichen. Zur Überprüfung der Abflüsse bei einem Überstau greift er auf eine Berechnung mit einem weiteren mathematischen Modell zurück. Durch die Untersuchung wird deutlich, dass bei Einsatz der hydrodynamischen Berechnung Randbedingungen bei der Modellerstellung wie Stützstellen, Profilabstände, Berechnungszeitschritte, Straßengeometrie) berücksichtigt werden müssen, damit die erzielten Ergebnisse valide sind. Darüber hinaus beschreibt er weiteren Entwicklungsbedarf.

Herr Scholl hat die ihm gestellt Aufgabe umfassend bearbeitet und die Ergebnisse übersichtlich dargestellt. Dazu gehört eine systematische Darstellung der Vor- und Nachteile der Methoden. Der Erläuterungsbericht ist schlüssig und logisch aufgebaut. Die Ergebnisse sind für den Aggerverband vor allem wichtig, da wir an vielen Stellen im Verbandsgebiet verrohrte Gewässerabschnitte haben, bei denen es bei Starkniederschlägen zu Überstau kommen kann.

Zuletzt geändert am: 15 Jun 2018 um 12:26 pm

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