Was ist Pywr?

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description: Um einen „digitalen Zwilling“ (einen Computersimulator) Ihres Wassersystems zu bauen, verwendet WaterStrategy Pywr ('Python Water Resources').

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Was ist Pywr?

Pywr ist eine kostenlose Open-Source-Softwarebibliothek in Python-Sprache, mit der hochwertige (detaillierte und genaue) Simulationsmodelle von Wasserressourcensystemen erstellt werden können.

Pywr-Modelle laufen schnell auf Ihrem Computer oder, im Fall von WaterStrategy, in der Cloud. Sie können kleine Wasserressourcensysteme, wie die Wasserversorgung einer Stadt, oder sehr große, wie Flusseinzugsgebiete, die sich über mehrere Länder erstrecken und über Hunderte von Wassernutzern und Infrastrukturanlagen verfügen, darstellen. Pywr kann kurze Zeiträume (wie ein paar Monate) oder längere (wie 100 Jahre) in einer Reihe von Zeitschritten (von täglich bis monatlich) simulieren.

Hier ist eine Zusammenfassung des Pywr-Modellierungsprozesses:

1. Richten Sie das Modell ein

Zunächst werden eine räumliche Wassersystemkarte und zugehörige hydrologische Daten und Wasserbedarfsdaten benötigt. WaterStrategy hilft Ihnen dabei, diese Netzwerkkarte aller Standorte („Knoten“) zu erstellen, an denen Wasser in das System gelangt („Zuflüsse“), an denen Wasser genutzt wird („Wasserbedarf“) und an denen Wasser verwaltet wird (Standorte der Infrastruktur). Diese Knoten bilden ein Netzwerk, das durch Flüsse, Kanäle oder Pipelines verbunden ist (Pywr nennt diese „Links“ oder „Kanten“). Sobald Sie Ihre Netzwerkkarte eingerichtet haben, stellen Sie Daten zu Wasserversorgung und -nachfrage bereit (in der Regel als Zeitreihen).

2. Führen Sie eine Simulation aus

Wenn alle Daten, einschließlich Zeitschritt und Zeithorizont, eingegeben wurden, kann das Modell simuliert werden (d. h. Schritt für Schritt und Durchführung der Wasserabrechnung im gesamten System). Zu Beginn jedes Zeitschritts injiziert der Computer zunächst Wasser in alle Zuflussstellen. Dieses Wasser wird dann durch das Netzwerk geleitet und den verschiedenen Wasserbedarfs- und Infrastrukturstandorten zugewiesen. Dieser Zuweisungsprozess wird mit einer Berechnungstechnik durchgeführt, die als lineare Programmierung bezeichnet wird. Nach Abschluss eines Zeitschritts aktualisiert das Modell die Speicher, zeichnet auf, an welchen Orten wie viel Wasser gewonnen wurde, und fährt dann bis zum Ende des simulierten Zeithorizonts mit dem nächsten Zeitschritt fort.

Jedem Wasserbedarfsknoten wird eine Priorität zugewiesen, um die Wasserzuteilung im Modell darzustellen. Jedem Knoten ist ein Nachteil zugeordnet, und der Allokationsalgorithmus verteilt das Wasser im gesamten Netzwerk, um die Gesamtbelastung zu minimieren. Dieser einfache Ansatz ermöglicht schnelle und wartbare Simulationen, die flexibel genug sind, um detaillierte und realistische Regeln für die Wasserwirtschaft abzubilden.

3. Ergebnisse überprüfen

Zu den Modellausgaben gehört, wie viel Wasser in jeden Standort (Knoten) gelangt und wie viel Wasser in jedem Zeitschritt gespeichert, verbraucht oder durch ihn fließt. Auf diese Weise lässt sich nachvollziehen, wie die Infrastruktur genutzt wird und ob Städte, Ökosysteme, Bewässerungsgebiete, Kraftwerke usw. ausreichend mit Wasser versorgt werden. Die Ergebnisse vermitteln ein detailliertes Bild davon, wie das Wassermanagementsystem funktioniert und wie die Vorteile des Wassers verteilt werden.

Anfänglich sind Modelle schlecht parametrisiert und liefern ungenaue Vorhersagen (die Phase „Müll rein, Müll raus“). Im Laufe der Zeit kann das Modell jedoch, wenn es verbessert („kalibriert“) wird, zu einem wertvollen digitalen Zwilling werden, der den Betrieb oder die Planung eines Wassersystems unterstützt. Das Tool hilft Ihrem Unternehmen dabei, schnell und kostengünstig die Auswirkungen potenzieller zukünftiger Wasseränderungen und Interventionen zu bewerten und gute Entscheidungen zu treffen.

Viel Glück!