Wasser- und Bodenverband: Wasserversorgung optimieren für die Vorderpfalz
Ein ausbalanciertes Wassermanagement anstreben
Die Gewährleistung einer ausreichenden Versorgung mit Trinkwasser für den menschlichen Bedarf und die effiziente Bewässerung der Landwirtschaft stehen als vorrangige Ziele im Fokus.
Datum: 29.10.2023 | Lesezeit: 8 Min.
Optimierung und Absicherung der Wasserversorgung
Der größte Teil der Erde ist mit Wasser bedeckt. Allerdings sind davon nur drei Prozent Süßwasser. Flüssiges Süßwasser ist ein kostbares Gut, das weltweit immer knapper wird. Die Menge an Frischwasser, die jedes Jahr verbraucht wird, setzt sich aus drei Teilen zusammen: Privathaushalte machen den kleinsten und Industrie den mittleren Teil aus.
Der größte Verbraucher ist mit fast 70 Prozent die Landwirtschaft. Wo viel verbraucht wird, kann natürlich auch viel gespart werden. Vor allem, wenn man bedenkt, dass das meiste Wasser, das in der Landwirtschaft verwendet wird, einfach in den Boden sickert oder verdunstet. Dieses Wasser geht nicht nur verloren, es ist sogar schädlich. Ständiges Überwässern versalzt den Boden und macht ihn unfruchtbar.
Die Wasserentnahme in der Landwirtschaft in Deutschland ist häufig nicht eindeutig geregelt und so gut wie gar nicht überwacht. Wenn man im Zusammenhang mit der nationalen Wasserstrategie hier Wege finden will, die Zukunft zu gestalten, muss im ersten Schritt begonnen werden, die Wasserentnahme transparent zu machen - hier kann Digitalisierung helfen. Im nächsten Schritt gilt es, Bedarf und Angebot abzustimmen, unter anderem auf Basis von Wetterdaten und Bodenfeuchtemessern. Ziel muss es sein, dass genug Trinkwasser zum menschlichen Gebrauch da ist, aber auch die Landwirtschaft ausreichend, aber effizient, bewässern kann.
Die BEULCO GmbH & Co. KG hat im Jahr 2021 mit iQ HydrON eine cloudbasierte Lösung zur Optimierung von landwirtschaftlicher Bewässerung geschaffen. Im Kern von iQ HydrON stehen die Digitalisierung der zur Bewässerung verwendeten Standrohre, die Messung wichtiger Verbrauchsdaten sowie die Optimierung des Wasserverbrauches im gesamten Versorgungsgebiet des Wasser- und Bodenverbandes zur Beregnung der Vorderpfalz (BVV).
Das über 15.000 ha umfassende Beregnungsgebiet des BVV mit über 600 km Verteilernetz sowie 15 eigenen Druckerhöhungspumpwerken sollte digitalisiert werden. Zielsetzung war es, die über 8000 Hydranten des BVV und auch die zugewiesenen Standrohre digital zu erfassen sowie die Lokalisierung und digitale Erfassung von Zählerständen und anderen wichtigen Parametern zu ermöglichen. Ein ambitioniertes und großes Projekt mit vielen Herausforderungen, für das alle bisher angesprochenen Partner keine passende Lösung bieten konnten.
Eine spezifische Plattformlösung für den BVV auf Basis der iQ-Cloud
Nach weiteren Abstimmungen mit dem BVV startete das Entwicklungsprojekt zu iQ HydrON im November 2020. Im März 2021 sollte eine erste Version der Plattform sowie die entsprechende Hardware hierzu bereitstehen, um einen größeren Feldtest starten zu können.
Basis der Entwicklungsarbeit bildete die iQ-Cloud. Die BEULCO-eigene Cloud stellt das Gehirn aller iQ-Produkte dar. Sie bildet das Grundgerüst aller Digitalisierungsprojekte im Bereich der Wassernetzwerke. In der iQ-Cloud werden die Daten der bestehenden iQ-Produkte und auch externer Sensorik und Software-Systeme zentriert gesammelt, aufbereitet und den Endkunden auf den entsprechenden Plattformen oder in bereits bestehende Systeme über Schnittstellen zur Verfügung gestellt. Datenschutz und Datensicherheit teils sensibler Kundendaten waren bereits in vergangenen Projekten von höchster Bedeutung und wurden durch die Zusammenarbeit mit den IT-Spezialisten der PHYSEC GmbH auf höchstem Standard umgesetzt. Auch für das hochspezifische Projekt des Beregnungsverbandes wurde das IT-Unternehmen aus Bochum mit ins Boot geholt.
Durch die Zusammenarbeit mit dem spezialisierten IT-Dienstleister PHYSEC konnte hierbei die Sicherheit aller Kommunikations- sowie Kunden- und Verbrauchsdaten maximiert werden.
Sensible Daten verdienen Sicherheit - Starkes Duo zur Digitalisierung Ihres Wassernetzes
Durch die einzigartige Kombination von angewandter Verschlüsselungs- und Nachrichtentechnik bietet PHYSEC innovative Sicherheitslösungen für Anwendungen im Internet der Dinge. Das fortschrittliche Sicherheits- und Konnektivitätskonzept — IoTree und dessen Softwarelösung Connect and Protect ermöglicht PHYSEC die Umsetzung digitaler Geschäftsmodelle mit höchster IT-Sicherheit sowie gleichzeitig einfacher Anwendung. Dieses trägt damit zur digitalen Selbstbestimmung unserer Kunden bei. BEULCO und PHYSEC arbeiten gemeinsam daran, die Datensicherheit aller bestehenden Systeme zu maximieren. Der gesamte Datenverkehr und die Verarbeitung der Daten in der iQ-Cloud werden unter Einhaltung höchster Sicherheitsstandards übermittelt und verarbeitet.
Die intelligenten Messgeräte und IoT-Anwendungen von iQ water solutions ermöglichen die Digitalisierung der Netzinfrastruktur. Aber die digitale Kommunikation birgt auch Gefahren. So sind kommunizierende und steuernde Komponenten in Versorgungsnetzen, besonders im Bereich der kritischen Infrastruktur, attraktive Einfallstore für Angreifer. Einen Schutz vor derartigen Gefahren bietet PHYSEC mit einer exklusiven Lösung. Die PHYSEC GmbH realisiert die Absicherung der Datenverbindung nach Vorgaben des Bundesamtes für Sicherheit und Informationstechnik (BSI) für etablierte Techniken und ermöglicht damit die Digitalisierung von kritischen Infrastrukturen auf Grundlage innovativer Kommunikation via LoRa-WAN und NB-IoT.
Die einzigartige und patentierte Verschlüsselung entspricht der technischen Richtlinie für kryptografische Vorgaben, um Projekte der Bundesregierung (BSI-TR-03116–3) für weltweite Netzwerke zu realisieren. So lassen sich Messsysteme anhand des IT-Sicherheitskataloges der Bundesnetzagentur nach §11 Abs. 1a EnWG installieren. Die Lösung umfasst die gesamte Datenverbindung vom Messgerät bis in das ERP-System, die Netzleitwarte oder die spezifische IoT-Plattform des BVV.
Erfolgreicher Abschluss des Feldtests im Oktober 2021
Im Feldtest wurde das Großmengenstandrohr (mit Zähler für große Durchflussmengen bis zu 100 m³/h) von den Unternehmen Schott (Standrohr) und Pipersberg (Zähler) entwickelt und hergestellt, sodass schließlich im Juli 2021 mit dem Feldtest begonnen werden konnte. Auf dem Standrohr wurde eine von iQ water solutions entwickelte Sensoreinheit montiert, die automatisch sowohl mit dem auf dem Standrohr befindlichen Zähler als auch mit der iQ-Cloud kommuniziert.
Der für den Feldtest ausgewählte Bereich des BVV, sowie alle 8000 zugehörigen Unterflurhydranten sind inzwischen digital erfasst und können auf der Plattform verwaltet und lokalisiert werden. Zugewiesene Standrohre können nachverfolgt, dem Status nach zugeordnet und automatisch ausgelesen werden.
Auf Wunsch können einzelne Hydranten und Standrohre genauer betrachtet und analysiert werden. Auch eine manuelle Verwaltung einzelner Knotenpunkte ist jederzeit möglich.
iQ HydrON: Ausbau und Erweiterung für umfassende Umweltüberwachung
Neue Funktionen wie Wetterstationen, Bodensensoren, Benutzermanagement und App-Integration zur effektiven Verwaltung und Umweltalarme
Nachdem der Feldtest im Oktober 2021 mit Erfolg abgeschlossen wurde und die BVV-eigene Lösung zur Bewässerungsoptimierung auf ganzer Linie überzeugen konnte, wurde die Plattform iQ HydrON im Jahr 2022 vom Umfang her stark erweitert. So wurden den Anforderungen des Beregnungsverbandes entsprechend verschiedene neue Funktionen integriert.
Benutzermanagement
Um das inzwischen breite Portfolio an verschiedenen Funktionen bequem verwalten und Benutzern individuell Funktionen und Rechte zuteilen zu können, wurde die Plattform in einem ersten Schritt um eine klar strukturierte und an den Beregnungsalltag angepasste Benutzerverwaltung erweitert. In verschiedenen Verwaltungs- und Benutzerebenen können nun Verwaltungs- als auch Beregnungsaufgaben verwaltet und zugewiesen werden. Neue Nutzer sind mit wenigen Klicks hinzugefügt und erhalten sofortigen Zugriff auf genau die Informationen, die sie benötigen um aktiv zu werden oder selbst neue Benutzer anzulegen.
Wetterstationen
Auf Kundenwunsch wurden über 150 verschiedene Wetterstationen aus den Bereichen Regen-, Wind und Temperatur and iQ HydrON angeschlossen. Je nach eingestelltem Sendeintervall erhält der Beregnungsverband nun rund um die Uhr meteorologische Informationen, wie Windgeschwindigkeit, Niederschlagsmenge oder (Feucht)Temperatur über das gesamte Beregnungsgebiet. Bei Bedarf können sich einzelne Nutzer wichtige Wetterstationen auf eine Favoritenliste setzen und so bestimmte Bereiche auf einen Blick erkennen.
Tiefergehende Informationen über verschiedene Paramater mit zeitlichem Bezug liefert die auf Abruf erstellte Statistik, die auch einen Vergleich der Stationen untereinander ermöglicht und übersichtlich darstellt.
Bodenfeuchtigkeitssensoren
Ein weiteres Feature stellen die ebenfalls von BEULCO and das System angepassten Bodenfeuchtigkeitssensoren dar. Die Sensoren können auf unterschiedlichen Tiefen im Boden eingebracht und per Mausklick auf den jeweiligen Bodentyp kalibriert werden. Einmal installiert geben Sie Aufschluss über die vorhandene Bodenfeuchtigkeit, sowie die errechnete Feldkapazität. Durch die Einbringung in verschiedenen Tiefen und angepasste Sendeintervalle können in Kombination mit der bestehenden Sensorik Rückschlüsse für eine optimale Beregnungszeit und -Dauer gezogen werden.
Umweltwarnungen
In einem weiteren Schritt wurden unter Verwendung der Daten aus Wetter- und Bodenfeuchtigkeitssensoren verschiedene Warnfunktionen erstellt. So können zum Beispiel Frostalarme, Niederschlagswarnungen oder Windalarme eingestellt werden, die die Nutzer automatisch Informieren, sobald selbst gesetzte Grenzwerte in den definierten Bereichen überschritten werden. Hierbei können die Nutzer nicht nur die Grenzen für alle Alarme individuell definieren, sondern auch die Art der Benachrichtigung individuell festlegen. So können Nutzer selbst entscheiden, ob Sie per Push-Nachricht auf der App, Email, SMS oder sogar Anruf über den Alarm informiert werden wollen.
Die mobile App
Um die Bedienung von iQ HydrON im Feld zu verbessern und die Möglichkeiten der Benachrichtigung breiter aufzustellen, wurde eigens eine Mobil-Applikation erstellt. Auf der App können auch von unterwegs alle wichtigen Informationen mit wenigen Klicks abgerufen werden, auch Alarme werden schnell und einfach über die Push-Funktion weitergegeben.
Ausblick
Im Jahr 2023 wird die Weiterentwicklung iQ HydrON natürlich weiter vorangetrieben. So werden in den nächsten Wochen nutzerspezifische Verwaltungsfunktionen, wie z.B. Schadensmanagement und Reparaturberichte integriert, um eine flächendeckende Verwaltung zu unterstützen. Zudem werden über eine Datenschnittstelle Wetterdaten aus dem Ausland und dem Bundesgebiet auf der Plattform mit eingebunden, um die Informationsgewinnung und Einordnung der Bewässerungssituation und Bedürfnisse weiter zu präzisieren.