Resiliente Neuauslegung von Wasserinfrastrukturen mittels Optimierung

Resilient Design of Water Distribution Systems applying Optimization

Masterthesis

Im Rahmen der Urbanisierung sind schnell wachsende urbane Strukturen und in diesem Zuge ein Anpassen der Infrastrukturen an diese neuen Herausforderungen notwendig. Außerdem sieht man heute mehr denn je, dass unsere Infrastrukturen auch gegen Starkwetterereignisse gewappnet sein müssen. Dies bedeutet für die Wasserversorgung besonders veränderte Bedarfsmuster versorgen zu können und auch im Störfall eine Mindestfunktionalität aufrecht zu erhalten. Daher werden Infrastrukturen und in dieser Arbeit Wasserinfrastrukturen hinsichtlich ihrer Resilienz bewertet und angepasst. Um das gesamte Potential der Anpassungen zu erschöpfen, soll dies mittels Optimierung untersucht werden.

In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt sowie den Kölner Wasserversorgern werden georeferenzierte Daten zur Verfügung gestellt, die eine Wasserbedarfsermittlung zulassen und mit den realen Daten verglichen werden können. Anschließend kann für den ermittelten Bedarf ein hinsichtlich Resilienz optimales Wassernetzwerk neuausgelegt werden und auch dieses mit dem vorliegenden Netzwerk verglichen werden. Die Arbeit konzentriert sich hierbei auf die Anpassung der Optimierung hinsichtlich resilienten Wassernetzwerken und soll im Anschluss auf eine Anwendbarkeit für weitere europäische Metropolen geprüft werden.

Aufgaben

  • Literaturrecherche bezüglich der Bewertung von Widerstand, Robustheit, Resilienz und Konnektivität in verschiedenen Bereichen für Potentialnetzwerke wie Wasser und Gas
  • Implementierung einer Resilienzmetrik als Zielgröße der Optimierung zum Neuauslegen von Wasserinfrastrukturen in Python
  • Vergleich der generierten Wasserinfrastruktur mit dem real vorliegenden Netzwerk, dabei sind graph-theoretische Metriken anzuwenden, die einen Schutz der tatsächlich vorliegenden kritischen Infrastruktur gewährleisten
  • Sicherstellen der Anwendbarkeit auf weitere urbane Strukturen
  • Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse

Deine Vorteile

  • enge und forschungsnahe Zusammenarbeit mit mir als Betreuerin, WiMis und Studierenden
  • Austausch mit Anwendern und Datenerhebern
  • Training von Präsentationen, der Darstellung von Ergebnissen und weiterer Softskills
  • Arbeiten mit (im Maschinenbau) aufstrebenden Werkzeugen wie Python und Git

Bearbeitung in englischer Sprache möglich.

Bei Fragen stehe ich gerne persönlich zur Verfügung

Framework zum Neuauslegen von Wasserinfrastrukturen mit Georeferenzierten Daten.