Modellierung und Simulation eines Wasserversorgungssystems

Kurzfassung

Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Modellbildung, der Simulation und der Optimierung eines Wasser- und Energieversorgungssystems in Bolivien. Für die Modellierung von Wassersystemen gibt es eine Reihe von erprobten Methoden, die aber allesamt Anforderungen an die Quantität und Qualität der vorhanden Daten stellen, die im vorliegenden Fall nicht gegeben sind. Die Optimierung stellt eine weitere Herausforderung dar, da sich der Zeithorizont von einigen Minuten bis Jahren erstreckt und die Optimierungsziele sich grundsätzlich widersprechen. Ausgehend von den vorhandenen Daten und unter Berücksichtigung der angesprochenen Einschränkungen wurde ein mathematisches Modell für das System, das aus einem Wasserversorgungssystem, einem Bewässerungssystem und einem Wasserkraftwerk besteht, entworfen. Für den Niederschlag wurde ein Disaggregationsmodell nach Bartlett-Lewis implementiert. Das Modell der Einzugsgebiete stellt im wesentlichen einen Zusammenhang zwischen dem Niederschlag und dem Abfluss her. Die hydraulischen Komponenten wurden mit Totzeitgliedern bzw. Integrierern stark vereinfacht modelliert. Das resultierende zeitdiskrete lineare zeitinvariante Modell wurde in Subsysteme unterteilt und mit Hilfe der linearen Programmierung hierarchisch optimiert. Die optimale Strategie wurde anschließend simuliert und mit dem manuellen Betrieb verglichen.