Arbeitspaket 4: Grobmaschige Kanalnetzmodelle

In AP4 entwickeln wir Ansätzen für die Konstruktion von rechnergestützten Modellen für Kanalisationsnetze von Großstädten zur Überwachung von Infektionskrankheiten.
Viele Krankheitserreger sind im Abwasser nachweisbar, und somit hat sich die Untersuchung von Abwasserproben zur epidemiologischen Verfolgung von Krankheitserregern (wie SARS-CoV-2 als nützliches Instrument erwiesen. Ein großer Vorteil der Abwasseruntersuchung ist, dass sie unabhängig von Test- und Meldestrategien ist und ein Bild des Infektionsgeschehens in der gesamten Bevölkerung liefern kann.
Hierfür müssen allerdings aus der gemessenen Viruspartikellast im Abwasser die ursprünglich ins Abwasser gelangten Mengen an Viruspartikeln bestimmt werden, um daraus Rückschlüsse auf das Infektionsgeschehen ziehen zu können. Hierzu müssen wir wissen, wie die Krankheitserreger bzw. deren Partikel im Abwasserkanal transportiert und chemisch abgebaut werden. Die Genauigkeit der Rückverfolgung hängt vom Detailgrad des zugrundeliegenden Kanalnetzmodells und dem Wissen über die Probenentnahmebedingungen ab.
In AP3 entwickeln wir detaillierte Kanalnetzmodelle anhand eines gut beschriebenen Stadtteils. Detaillierte Kanalnetzmodelle sind allerdings nicht für alle Städte umsetzbar. Eine Vergröberung ist notwendig, da die Konstruktion detaillierter Modelle für ganze Städte derzeit einerseits zu zeitaufwändig und teuer ist. Andererseits sind die detaillierten Informationen, die für eine detaillierte Modellierung erforderlich sind, möglicherweise nicht verfügbar. So liegen für viele Städte, insbesondere in Ländern des globalen Südens, keine detaillierten Daten über das Abwassersystem vor.
Das erklärte Ziel von AP4 ist die Kanalnetz-Datenintegration auch für große Städte für den INSIDe Gesamtansatz. Das Kanalnetz beliebig großer Städte kann dann entweder durch ein einziges Grobmodell, oder durch Aufteilen in Teilgebiete, so dass die mit der ermittelten optimalen Vergröberung erzeugten Teilmodelle rechentechnisch gut für den INSIDe Ansatz verwendbar sind, abgebildet werden. Zu diesem Zweck, entwickeln wir Algorithmen und Verfahren, die es erlauben, automatisiert Kanal-Grobnetzmodelle aus Kanal-Feinnetzmodellen zu abstrahieren. Zudem nutzen wir die in AP5 erhobenen Daten zu Strömungsmustern in den Abwassernetzen von München und Adis Abeba, um unsere Modelle zu erstellen. Die grobmaschige Modelle werden mittels der detaillierten Modelle aus AP3 getestet.
Sowohl detaillierte, als auch grobmaschige Kanalnetzmodelle, werden mit der INSIDe-Plattform (AP1) verknüpft, um die Übertragungsmodelle (AP2) mit Abwasserbeobachtungen zu verbinden.

Kontakt: Dr. Andreas Hofmann, andreas.hofmann@tandler.com