Mathematische Optimierung von Wasserversorgungsnetzwerken für informelle Siedlungen in Mega Cities

Der Zugang zu sicherem und sauberem Trinkwasser ist ein Menschenrecht und fehlt dennoch hunderten Millionen von Menschen auf der Welt. Viele dieser Menschen leben in informellen Siedlungen, eine meist unterversorgte aber in Städten häufig vorkommende Siedlungsform, insbesondere im globalen Süden. Im Angesicht dieser Missstände stellt diese Arbeit ein ganzheitliches Konzept vor, um die Wasserversorgung von Slums optimal zu gestalten. Dabei werden die folgenden drei Forschungsfragen gestellt und im Rahmen der Arbeit beantwortet:

1. Wie kann die Wasserversorgung von Slums durch ein ganzheitliches Konzept verbessert werden?

2. Wie kann die Optimierung der Versorgungsnetzwerkplanung als mathematisches Optimierungsproblem modelliert werden?

3. Wie kann das Optimierungsproblem, in einer angemessenen Zeit, gelöst werden?

Das entwickelte Konzept für die Optimierung der Wasserversorgung von Slums besteht aus fünf Schritten: (I) Es nutzt Fernerkundungsdaten als Informationsgrundlage zur geografischen Lage und Größe der zu versorgenden Slums in den betrachteten Städten. (II) Diese Satellitendaten werden analysiert, um die Slumflächen zu klassifizieren. (III) In einem Kostenmodell werden die Versorgungsmöglichkeiten genauer detailliert und eine Berechnungsgrundlage für die spätere Optimierung geschaffen. Das Kostenmodell wird in ein mathematisches Optimierungsproblem überführt. (IV) Die Lösung des Optimierungsproblems liefert das beste, in diesem Fall kostengünstigste oder emissionsärmste, Wasserversorgungsnetzwerk für die klassifizierten Slums. Zur Lösung werden MIP-Solver verwendet sowie weitere problemspezifische Lösungsverfahren entwickelt und diese verglichen. (V) Im letzten Konzeptschritt werden die Ergebnisse aus der Optimierung in eine anschauliche Darstellung übersetzt.