Bedre kloakstyring kan afhjælpe overløb og oversvømmelser

Hvis vi udnytter den infrastruktur, vi allerede har til rådighed, bedre, kan vi komme flere spildevandsproblemer til livs, skriver postdoc ved sektionen for dynamiske systemer, DTU Compute.
Brødtekst

Brugen af kloakker til ikke kun at transportere spildevand, men også til transport af regnvand fra gader og bygningers tage, resulterer i overløb ud i gaderne og ind i folks kældre, når sektioner af kloakken er fuld under et regnvejr.

Dette kan give både materielle skader samt helbreds- og miljømæssige udfordringer, for ikke tale om den økonomiske bagside til overløbene.

Dette problem kan afhjælpes ved enten at have LAR-løsninger til at håndtere regnvand uden om kloakken eller ved at ombygge kloakker i enten kapacitet eller til separeret kloakering. Disse løsninger påkræver dog investeringer i anlægsarbejde, der både kan være dyrt og især tidskrævende at udføre; og i visse tilfælde ikke være muligt at få gjort.

Alternativet til at forandre systemets dynamik er at se på, hvordan vi udnytter den infrastruktur, som vi har til rådighed, bedst muligt. 

Styringen af, hvordan vand er fordelt og transporteret gennem kloakken, kan potentielt blive forbedret, således at tilløbet til sektioner, der er udfordret, bliver begrænset i den påkrævede situation. 

Sådanne styringer kan komme i mange former; manuelt kontrolleret af operatør, styret automatisk efter fastsatte regelsæt for et antal scenarier, eller vi kan anvende metoder inden for feltet optimal kontrol.

Model Prædikativ Kontrol (MPC) 

En metode inden for optimal kontrol, der især er anvendelig for styring af kloakker, er Model Prædikativ Kontrol (MPC). I MPC har vi mulighed for tage højde for de nyeste vejrudsigter og forudsigelser om indløb til kloakken i vores design og beregning af styringen. 

MPC benytter sig af optimeringsteknikker til beregning af den optimale styring for en forudbestemt tidsperiode - for eksempel tre timer - ved at benytte en model af kloakken, der dækker dens vigtigste dynamikker. MPC giver os også muligheden for at inkludere de fysiske begrænsninger i vores styringsmodel af kloakken.

I MPC er det at være en optimal styring defineret af de valgte objektiver for kloakkens opførelse.

Man kunne tænke sig, at man ønsker, at tilstrømningen til rensningsanlægget skal være konstant, eller at pumper opererer stabilt og ikke fluktuerer for meget. Tilsvarende kan vi minimere overløbene fra kloakken ved at definere det som et objektiv for styringen.

Hvad med usikkerheden i vejrudsigter?

Ligegyldigt hvordan ens styring er designet, MPC eller andet, så er anvendelsen af forudsigelser såsom vejrudsigter forbundet med usikkerhed. I forbindelse med styring kan usikkerheden betyde, at den anvendte kontrol kan give uønskede resultater.

Ved at tilpasse en stokastisk version af MPC til at håndtere overløb i designet, kan vi opdatere MPC til at tage usikkerheden i vejrudsigter med i designet af styringen. En sådan metode kunne være Chance-Constrained MPC (CC-MPC), som er baseret på stokastik og sandsynligheder og giver mulighed for at designe, hvor meget af usikkerheden der bør tages i betrækning; for eksempel de 80 procent mest sandsynlige påvirkninger af regnvejret.

Selvom CC-MPC anvender stokastiske distributioner til at beskrive indløbet til kloakken, så kan vi omgå de beregningsproblemer, som disse kan give, ved brug af ensemble forecasts, vejrudsigts-scenarier af det mulige regnvejr. Da disse kan køres igennem modellen, kan vi generere et ensemble af kloakscenarier, hvorved distributionerne kan estimeres og CC-MPC kan anvendes.