For meget, for lidt eller for beskidt

VAND Ekstremregn, tørke og vandforurening er globale udfordringer, der bare vokser og vokser. Big data, kunstig intelligens, sensorer og droner er nogle af løsningerne.

Foto: Bax Lindhardt / TT / Ritzau Scanpix

Den 2. juli 2011 brød trafikken sammen på Lyngbyvejen nord for København. Hovedstadsområdet blev ramt af en regn så intens, at gader, kældre og lavtliggende stuelejligheder stod under vand. Da regnen var værst, faldt der 31 mm på 10 minutter i Ishøj sydvest for København. Dermed blev skybruddet det voldsomste, der nogensinde er målt i Danmark.

Siden har danskerne oplevet flere skybrud, der har forårsaget oversvømmelse af kloakker og tagrender. I dag er den slags ekstreme vejrfænomener blandt de allerstørste globale risikofaktorer for menneskehedens velbefindende og velstand. Nogle steder er der for meget vand, andre steder for lidt eller for beskidt vand. Samtidig er vand vigtigt som aldrig før, for vand understøtter næsten al økonomisk vækst.

Men der er også et stort potentiale for at finde nye digitale vandteknologier til at løse udfordringerne. Det kan være alt fra sensorer, ventiler og pumper til computermodeller, datatransmission, tværgående vandteknologiske platforme og beslutningsstøttesystemer inden for kommunikation, økonomi og bæredygtighed.

Udfordringerne

For meget vand

Mens mange lande og regioner plages af vandmangel, har andre lande for meget vand. Eller rettere for meget vand de forkerte steder – og ofte for pludseligt.

Oversvømmelser er et velkendt problem, men klimaforandringer og urbanisering har flyttet problemerne til nye områder og øget omfanget markant.

Den samlede regning for skaderne i forbindelse med oversvømmelser for forsikringsselskaberne i EU de seneste 15 år løber ifølge Europa-Kommissionen op i 25 mia. euro. Der har været en stigende tendens over perioden, så den årlige udgift nu ligger på knap 5 mia. euro. Ifølge det europæiske miljøagentur vil tallet blive femdoblet frem mod 2050.

I betragtning af de store omkostninger og menneskelige tragedier er det ikke overraskende, at håndtering af vand fra skybrud og andre oversvømmelser står højt på den internationale dagsorden. Det gælder også stigende vandstande i havet og stormflod samt det særlige problem, at havvand trænger ind i grundvandsmagasiner, så grundvandsspejlet mange steder står nærmest permanent højt, og de øgede mængder af regn ikke når at trænge dybt ned i undergrunden.

For lidt vand

Danskerne oplevede en historisk tør sommer i 2018. Maj-juli blev sandsynligvis de tørreste måneder i 99 år. Græsplæner skiftede fra grønt til brunt, og det blev forbudt at tænde bål og afbrænde haveaffald.

Mangel på vand kan enten skyldes overdreven udnyttelse af vandressourcer eller naturskabt tørke. Tørke er i høj grad et internationalt problem, som en række danske virksomheder er med til at finde løsninger på.

Det kræver også masser af vand at producere fødevarer. Derfor er der en klar sammenhæng mellem verdens voksende befolkning og efterspørgslen efter vand.

Størstedelen af vandforbruget sker i form af vanding under dyrkning af spiseafgrøder og foder. Men også fødevareproducerende virksomheder tegner sig for en stor andel.

For beskidt vand

Skybruddet i København i 2011 fik vandet til at fosse op af kloakkerne. Kloakkerne var simpelthen ikke i stand til at lede de store mængder regn bort fra det asfalt- og betondækkede byområde tilstrækkelig hurtigt. Det skabte både oversvømmelse og miljøforurening. Mens kældre og veje blev oversvømmet, strømmede der også urenset spildevand ud og forurenede havne, søer og åer.

Beskidt vand er en relevant problematik i dansk og international sammenhæng. Herhjemme er det blandt andet en udfordring at overvåge tilstanden i vandmiljøet. Ifølge den europæiske teknologiplatform for vand, Water Supply and Sanitation Technology Platform (WssTP), er 90 procent af floderne i EU påvirket af forureninger, mens det samme gælder 50 procent af det øvrige overfladevand og 33 procent af grundvandsressourcerne.

Danmark set fra satellit

En normal dansk sommer og sommeren 2018

Løsningerne

Digitalisering er den nye dagsorden

De seneste 40 år har man gjort en stor indsats for at effektivisere og udvikle vandsektoren til en sundheds-, miljø- og eksportmæssig succes. Der er imidlertid stadig store udfordringer både nationalt og internationalt, som forskning, innovation, uddannelse og iværksætteri inden for vandteknologi kan bidrage til at løse.

I Danmark er målsætningen i ’Vandvision 2025’ at skabe 4.000 nye job og fordoble eksporten inden 2025. Det kræver dog, at virksomheder, offentlige myndigheder og universiteter går sammen for at skabe resultater på nye måder.

Digitalisering kan både spare penge og bidrage til at skabe bæredygtighed, skaffe bedre vand til verden og styrke vækst og eksport. Udfordringen er, at der ofte er mangel på data, og at dataene ikke bliver brugt, blandt andet fordi de sjældent er tilgængelige på tværs af organisatoriske skel.

Men uanset om man ser på klimatilpasning, spildevand, drikkevand, procesvand, regnvand eller miljøovervågning, trænger digitalisering, big data og kunstig intelligens sig på med nye muligheder og udfordringer.

Overvågningen kan dog ikke stå alene. Den må suppleres af datahåndtering, som gør det muligt at analysere situationen løbende og proaktivt handle, inden der opstår uheldige eller skadevoldende situationer.

Smart teknologi i bæredygtige byer

I dag er kloaksystemerne ikke bygget til at håndtere vandmængderne fra den øgede mængde store regnskyl. Derfor oplever vi flere oversvømmelser under skybrud og hyppigere udledning af kloakvand til åer, havne og andre vandområder - selv under moderat regn.

En af løsningerne er at udvikle naturbaserede metoder til at håndtere vandmængderne. Det kan f.eks. være grønne forsinkelsespladser, der tilbageholder vand, eller regnbede beplantet med græs eller planter, som både kan tåle våde og tørre perioder. Regnvandet siver langsomt ned i jorden uden at belaste kloaknet og renseanlæg.

I den smarte by bliver spjæld og pumper i kloaksystemet bundet sammen elektronisk med sensorer og big data, så de kan styres mere intelligent. Med driftsikre sensorer i regnbede og skybrudsveje kan kommunen holde øje med, at de fungerer som de skal - også under skybrud.

Hele denne grønne infrastruktur i byerne planlægges bedst ved hjælp af digitale terrænmodeller og avancerede computermodeller. Smart Cities er dog mere end ren teknologi. Det handler også om at bruge teknologien på en bæredygtig måde – så byens borgere får glæde af de løsninger, som bliver udviklet. Vandteknologien kommer til at indgå i byplanlægningen på en helt ny måde.

Den lille park på Østerbro i København skal også beskytte mod følgerne af skybrud.

Den lille park på Østerbro i København skal også beskytte mod følgerne af skybrud.

Regnbede holder på vandet og sænker trafikhastigheden.

Regnbede holder på vandet og sænker trafikhastigheden.

Overvågning fra droner og satellit

Data fra droner og satellitter kan hjælpe med at holde styr på mængden og kvaliteten af vandet i floder, søer, vådområder og grundvand. Samtidig er droner og satellitter et godt alternativ til at installere måleudstyr direkte i vandet, hvilket både er teknisk og økonomisk svært.

Satellitter leverer kort over vandstanden og omfanget af overfladevand. Desuden kan man få målinger for f.eks. fordampning, jordbundens fugtighed, nedbør, koncentrationer af alger og andet plantemateriale i vandet samt klimadata.

Mens satellitter følger fastlagte baner, er droner fleksible og kan hurtigt dirigeres hen, hvor der opstår et behov for at få data. Desuden flyver droner tæt på overfladen, hvilket giver mulighed for at skaffe data, som er uden for satellitternes rækkevidde. Det gælder eksempelvis oplysninger om strømning og forureningsudledninger i vandløb.

Drone med radarhøjdemåler under opmåling af vandløb.

Sensorer tjekker vandkvaliteten

Sensorer kan bruges til at overvåge kvaliteten og mængden af vand i ledningsnet, vandværker, renseanlæg og natur. En af de store udfordringer er at opsamle og videresende måledata. Det skyldes, at vandsensorerne ofte er placeret på svært tilgængelige steder.

Løsningen kan være at placere sensorer i alle dele af byens vandkredsløb og trådløst aflæse sensorernes målinger. Det giver en detaljeret overvågning og formindsker omkostninger til personale.

En anden udfordring er, at der endnu ikke findes sensorer, som kan måle alle vigtige stoffer i lave koncentrationer, eller som er robuste nok til at fungere i lang tid i f.eks. stærkt forurenet spildevand.

Forskere på DTU udvikler en række sensorsystemer, der vil kunne fungere i vand med forskellig forureningsgrad. Det undersøges bl.a., hvordan man kan måle forurening med lys og mikrochips, og hvordan man kan kombinere kendte og nye måleprincipper.

Og så er der kommunikationen med sensorerne. I nogle tilfælde kan en sensor integreres med den hard- og software, som aflæser og fortolker. I andre tilfælde skal data overføres over store afstande til centrale servere, som fortolker sensorens signaler og træffer beslutninger i samspil med andre systemer.

Sensor med skidt fra spildevand.

Digitale vandmålere

Vi tager det som en selvfølge, at meteorologer kan forudsige, hvordan vejret bliver i morgen. Det kan imidlertid kun lade sig gøre, fordi enorme mængder af data fra satellitter og målestationer fodres ind i en vejrmodel, som justeres løbende, så den afspejler virkeligheden og kan bruges til at sige noget om fremtiden.

Det samme er ikke tilfældet i vandsektoren i dag. Der findes ganske vist sensorer i byernes vandsystemer, men de er ikke anbragt systematisk nok, og de er ikke driftsikre nok til, at man tør bruge dem som mere end vejledende.

En vision er at bruge husstandenes vandmålere til andet end at måle forbruget i hjemmet. Dataene kan nemlig også give besked om, hvornår det er tid til at vedligeholde vandrørene, eller fortælle, om de er utætte. De kan give et detaljeret kendskab til, hvor meget spildevand, der må forventes i kloakken. Og med de rette data kan man endvidere få at vide, om kloakvandet kommer fra spildevand, grundvand eller vandløb, der løber ind i kloakken.

Fremadrettet er det også muligt at overvåge kvaliteten af kloakvandet og derigennem holde øje med sygdomsudbrud eller narkotikamisbrug. Det er en vigtig oplysning, når man skal spore kilden. Men det kræver, at vandbranchen sammen udvikler helt nye former for sensorer.

Frem til midten af 1990’erne var Københavns havn stærkt forurenet. Knap 100 kloakudløb, oliespild og industriaffald forurenede så meget, at det var forbudt at bade og fiske. Når det regnede, og der kom tryk på byens kloakker, løb kloak- og regnvand lige ud i havnen. I dag er havnevandet så rent, at man kan bade i det uden risiko. Avancerede modelberegninger, store underjordiske bassiner og styringssystemer har været afgørende for denne udvikling. Værktøjerne er der, de skal bare bruges.

Kilder: HOFOR, TV2 Vejret, vandetsvej.dk, DTU’s sektorudviklings-rapport ’Lad vand og data strømme’.

Foto: Bax Lindhart / TT / Ritzaus Bureau, TT/Ritzau Scanpix, ESA, Colourbox, Flickr, Ravi Kumar Chhetri, Filippo Bandini og Christian Josef Köppl, Sara Lerer, DTU Miljø, State of Green, vandetsvej.dk.

Få mere at vide: Professor Peter Steen Mikkelsen, DTU Miljø, psmi@env.dtu.dk . Chefkonsulent Mads H. Odgaard, maod@dtu.dk

Læs mere: Water DTU