Der digitale Zwilling von Wasser

Wasser ist Leben. Das sagt sich so leicht, es zeigt aber, wie wichtig es ist, mit Wasser auch umgehen zu können. Früher wurde Wasser eben genutzt, wo man es fand: Städte wurden an Flüssen gegründet, Handelsrouten führten von Oase zu Oase, es wurden Brunnen gegraben und Zisternen für das Auffangen von Regenwasser gebaut. Mit zunehmender Bevölkerungsdichte und dem Wachstum von Städten wurden aber auch erste Probleme sichtbar: Nicht alles, was man aus einem Fluss schöpft, ist auch trinkbar – vor allem, wenn man die Abwässer der Menschen im selben Fluss entsorgt. Nicht umsonst haben schon die Babylonier Bier als relativ keimarmen und haltbaren Trinkwasserersatz genutzt.

Heute geht es insgesamt um das Fördern, das Verteilen, die Nutzung und die Entsorgung der Ressource Wasser. DMT erbringt dabei weltweit Dienstleistungen sowohl für öffentliche Auftraggebende, etwa bei Infrastrukturprojekten, als auch für die Industrie, zum Beispiel beim Management von Grundwasser. Das Ziel dabei ist immer die ganzheitliche Betrachtung des gesamten Wasserkreislaufs und die Optimierung der Ressourcennutzung – denn das spart Geld. Und für die Gesellschaft insgesamt ist Nachhaltigkeit bei der Nutzung eines lebenswichtigen „Rohstoffs“ natürlich auch extrem sinnvoll. Schließlich sollten wir Wasser nicht verbrauchen, sondern gebrauchen.

Vorhersagen mit dem Boxmodell

Dr. Oliver Stoschek, Segmentleiter Hydrogeologie und Wasserwirtschaft, DMT GmbH & Co. KG (Foto: DMT)
Dr. Oliver Stoschek, Segmentleiter Hydrogeologie und Wasserwirtschaft, DMT GmbH & Co. KG (Foto: DMT)

Da es hier oft um große, zeitlich und finanziell aufwendige Projekte geht, sind Analyse, Prognose, Planung und Überwachung entscheidende Faktoren für den Erfolg. Dabei hilft uns unsere jahrhundertelange Erfahrung aus dem Bergbau: Die Notwendigkeit, Wasser unter Tage „in den Griff“ zu bekommen, hat zu immensen Fortschritten geführt. Von diesem gesammelten Know-how profitieren wir heute: Dank immer besserer Analysetechniken und innovativer Technologien können wir Lösungen anbieten, die früher nicht zur Verfügung standen. Die Digitalisierung versetzt uns zum Beispiel in die Lage, ein komplettes, dreidimensionales Abbild von Grund- und Oberflächenwasser eines bestimmten Gebietes zu erstellen. Dadurch erhalten wir einen „digitalen Zwilling“ (digital twin), der komplexe Analysen ermöglicht. So können wir dann in verschiedenen Szenarien die Auswirkungen technischer Eingriffe vorwegnehmen und die richtigen Maßnahmen empfehlen.

Wir nutzen dabei – neben den bekannten und renommierten numerischen Modellen – auch selbst entwickelte, einzigartige und spezialisierte Software, zum Beispiel ReacFlow3D, Heatflow oder Box3D. Das Boxmodell ist ein 3-D-Finite-Volumen-Programm zur Modellierung von der Richtung und Geschwindigkeit der Gruben- und Grundwasserströmung inklusive Temperatur, gelöster Stoffe und chemischer Reaktionen. Dabei erlaubt die Software, verschiedenste Strömungsräume zu diskretisieren, flexible Zellenzahlen und Verbindungen untereinander zu definieren und auch turbulente Strömungen darzustellen. Eingesetzt wurde das Modell schon bei Projekten in Deutschland, Spanien, Frankreich, England, Polen, Bulgarien, Südafrika und in der Ukraine.

Ein konkretes Beispiel ist das East Rand Basin bei Johannesburg. Dort befinden sich die größten Goldreserven der Welt – und schon seit dem späten 19. Jahrhundert werden sie dort abgebaut. Minen, die erschöpft sind, werden geschlossen und pumpen kein Wasser mehr aus den Stollen, sie laufen langsam voll. Dadurch können einerseits benachbarte Minen beeinträchtigt werden, andererseits können unerwünschte Einträge ins Grundwasser gelangen; es handelt es sich meist um Salze, Eisen und Schwermetalle. Diese Verschmutzung stellt ein Risiko für das Trinkwasser der Umgebung dar und muss genauestens beobachtet werden, um geeignete Maßnahmen ergreifen zu können. Dazu wurde mithilfe des digitalen Boxmodells ein ganzheitliches Wasserkreislaufmodell erstellt, das Grundwasser, Flusswasser, Oberflächenwasser und Grubenwasser erfasst. Die Ergebnisse der verschiedenen Szenarien können jetzt als Grundlage für politische Entscheidungen und technische Umsetzungen genutzt werden.

Wasser ist wertvoll

Mit dem selbst entwickelten Boxmodell können DMT Ingenieurinnen und Ingenieure Strömungen modellieren und Temperaturen, Mehrmigrantentransport und chemische Reaktionen sichtbar machen.
Mit dem selbst entwickelten Boxmodell können DMT Ingenieurinnen und Ingenieure Strömungen modellieren und Temperaturen, Mehrmigrantentransport und chemische Reaktionen sichtbar machen.

In Zukunft wird der sorgfältige Umgang mit der Ressource Wasser noch wichtiger werden: Wir müssen die nötige Anpassung an den Klimawandel analysieren und planen. Wachsende Großstädte wie etwa Singapur oder Bangkok brauchen eine saubere und sichere Trinkwasserversorgung, idealerweise in einem geschlossenen Wasserkreislauf. Wir wollen unser Grundwasser schützen, etwa bei Großbaustellen und Infrastrukturprojekten. Wir wollen die nachhaltige Nutzung fördern, zum Beispiel durch die vollständig automatische Steuerung von Brunnen je nach Wetterbericht. Und denken Sie auch an Stichworte wie Mikroplastik im Wasser oder Verunreinigung durch Medikamente und Hormone. Je mehr wir wissen, desto besser können wir reagieren – und agieren. Das verstehen wir unter Engineering Performance.


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