Piezoresistive Wasserstandssensoren sind zu einem integralen Bestandteil der umfassenden Wassermanagementstrategie Singapurs geworden und unterstützen den Übergang des Landes zu einem „intelligenten Wassernetz“. Dieser Artikel untersucht die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieser robusten und präzisen Sensoren in Singapurs urbanen Wassersystemen – von der Hochwasservorsorge über das Stauseemanagement bis hin zu intelligenten Wassernetzen. Als Technologie, die Wasserdruck mithilfe piezoresistiver Elemente in elektrische Signale umwandelt, liefern diese Sensoren dem Public Utilities Board (PUB) Singapurs zuverlässige Echtzeitdaten. Diese Daten ermöglichen es, den Betrieb zu optimieren, die Systemstabilität zu erhöhen und die Servicequalität in der komplexen Wasserinfrastruktur des Landes zu verbessern.
Einführung in die piezoresistive Sensorik im Wassersektor Singapurs
Singapurs Weg zum globalen Vorreiter im Wassermanagement war von der Notwendigkeit getrieben. Als kleiner Inselstaat mit begrenzten natürlichen Wasserressourcen und hoher Anfälligkeit für die Auswirkungen des Klimawandels wie Starkregen und Meeresspiegelanstieg hat Singapur massiv in innovative Wassertechnologien investiert. Piezoresistive Wasserstandssensoren haben sich dabei als entscheidende Komponente der nationalen Wasserüberwachungsinfrastruktur erwiesen und bieten in unterschiedlichsten aquatischen Umgebungen beispiellose Zuverlässigkeit und Genauigkeit.
Piezoresistive Sensoren basieren auf dem Prinzip, dass bestimmte Materialien ihren elektrischen Widerstand unter mechanischer Belastung verändern. In Anwendungen zur Wasserstandsmessung erfassen diese Sensoren den hydrostatischen Druck einer Wassersäule, der direkt proportional zu deren Höhe ist. Dieser physikalische Zusammenhang ermöglicht eine präzise Wasserstandsbestimmung unabhängig von Wasserklarheit, Trübung oder dem Vorhandensein von Schwebstoffen – Faktoren, die alternative Technologien wie Ultraschall- oder optische Sensoren oft vor Herausforderungen stellen.
Die Public Utilities Board (PUB), Singapurs nationale Wasserbehörde, hat piezoresistive Sensoren strategisch in verschiedenen Bereichen des Wassermanagements eingesetzt. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, einige der besonderen Herausforderungen Singapurs zu bewältigen: den Bedarf an präzisen Hochwasservorhersagen in einem tropischen Klima mit häufigen Starkregen, die Notwendigkeit eines genauen Stauseemanagements in einem flächenarmen Land mit zahlreichen städtischen Stauseen sowie den Bedarf an zuverlässigen Daten für den Betrieb eines zunehmend komplexen und vernetzten Wasserversorgungsnetzes.
Singapurs Wassergeschichte ist eine Geschichte des Wandels – von Wasserknappheit zu Wassersicherheit. Die vier nationalen Wasserquellen (lokales Brauchwasser, importiertes Wasser, NEWater und entsalztes Wasser) bilden eine diversifizierte Wasserversorgungsstrategie, deren einzelne Komponenten sorgfältig überwacht werden müssen. Piezoresistive Sensoren tragen zu dieser Strategie bei, indem sie präzise Echtzeitdaten liefern, die für die Optimierung des Betriebs aller vier Wasserquellen erforderlich sind, insbesondere in den lokalen Brauchwassersystemen, die mittlerweile Wasser aus zwei Dritteln der Landfläche Singapurs sammeln.
Die Einführung piezoresistiver Technologie steht im Einklang mit Singapurs umfassenderer Smart-Nation-Initiative, die datengestützte Entscheidungsfindung in allen Sektoren fördert. Im Wassermanagement bedeutet dies Sensoren, die nicht nur Messwerte liefern, sondern sich auch nahtlos in fortschrittliche Analyseplattformen integrieren lassen und so vorausschauende Wartung, automatisierte Steuerungssysteme und Frühwarnsysteme ermöglichen. Die Robustheit piezoresistiver Sensoren – ihre Fähigkeit, trotz Biofouling, Temperaturschwankungen und Langzeiteinsatz präzise zu arbeiten – macht sie besonders geeignet für Singapurs tropisches Klima und die hohen Anforderungen der PUB an Datenqualität und Systemzuverlässigkeit.
Hochwasserüberwachungs- und Frühwarnsysteme
Singapurs tropisches Klima bringt heftige Regenfälle mit sich, die die Entwässerungssysteme schnell überlasten können. Daher ist eine zuverlässige Hochwasserüberwachung für die Resilienz der Städte unerlässlich. Das Public Utilities Board (PUB) hat im Rahmen seiner Hochwasserrisikomanagementstrategie ein umfassendes Netzwerk piezoresistiver Wasserstandssensoren implementiert und damit eines der fortschrittlichsten städtischen Hochwasserwarnsysteme weltweit geschaffen. Diese Sensoren liefern die entscheidenden Daten, die benötigt werden, um Hochwasserereignisse im dicht bebauten Stadtgebiet der Insel vorherzusagen, zu überwachen und darauf zu reagieren.
Sensoreinsatz in Hochrisikogebieten
Die PUB hat an rund 200 strategischen Standorten im gesamten Entwässerungsnetz Singapurs piezoresistive Sensoren installiert, insbesondere in tiefliegenden Gebieten und historischen Hochwasserschwerpunkten⁵⁷. Diese Sensoren überwachen kontinuierlich den Wasserstand in Kanälen, Gräben und Flüssen und liefern Echtzeitdaten an die zentralen Steuerungssysteme der PUB. Die piezoresistive Technologie wurde aufgrund ihrer außergewöhnlichen Zuverlässigkeit unter den anspruchsvollen Umweltbedingungen Singapurs – hoher Luftfeuchtigkeit, häufigen Starkregen und der Gefahr von mit Treibgut angereichertem Hochwasser, das andere Sensortypen verunreinigen könnte – für diese Anwendungen ausgewählt.
Die Sensoren sind Teil eines integrierten Hochwasserüberwachungssystems, das Niederschlagsradar, Überwachungskameras und Wasserqualitätsmessgeräte umfasst. Die piezoresistiven Wasserstandssensoren bilden jedoch das Fundament und liefern die direkteste Messung des tatsächlichen Hochwasserrisikos an bestimmten Standorten. Ihre Messungen sind besonders wertvoll, da sie das Gesamtergebnis aller vorgelagerten hydrologischen Prozesse – Niederschlagsintensität, Abflusscharakteristika des Einzugsgebiets und Leistungsfähigkeit des Entwässerungssystems – in einem einzigen, leicht interpretierbaren Parameter erfassen: der Wassertiefe.
Automatisierte Warnmechanismen
Singapurs Hochwasserüberwachungssystem nutzt piezoresistive Sensordaten, um über verschiedene Kanäle automatische Warnmeldungen zu generieren. Sobald der Wasserstand vordefinierte Schwellenwerte erreicht (typischerweise 50 %, 75 %, 90 % und 100 % der kritischen Wassertiefe), löst das System Benachrichtigungen per SMS, über die mobile App „MyWaters“ und auf den internen Anzeigetafeln der öffentlichen Wasserbehörde (PUB) aus. Dieses gestaffelte Warnsystem ermöglicht abgestufte Reaktionen, von der routinemäßigen Überwachung bis hin zu Notfallmaßnahmen.
Die hohe Genauigkeit der piezoresistiven Sensoren (±0,1 % des Messbereichsendwertes in vielen Installationen) gewährleistet, dass die Warnmeldungen auf präzisen Messungen basieren. Dadurch werden Fehlalarme minimiert und gleichzeitig eine ausreichende Vorwarnzeit sichergestellt. Anwohner und Unternehmen können Warnmeldungen für bis zu drei spezifische Sensorstandorte abonnieren und so personalisierte Hochwasserwarnungen für besonders gefährdete Gebiete erhalten. Diese hohe Personalisierung ist nur möglich, weil die piezoresistiven Sensoren konstant zuverlässige Daten liefern, denen die Wasserbehörde und die Öffentlichkeit vertrauen können.
Integration mit der Hochwasserschutzinfrastruktur
Neben Warnsystemen steuern piezoresistive Sensordaten an verschiedenen Standorten in Singapur direkt die automatisierte Hochwasserschutzinfrastruktur. In Gebieten wie der Orchard Road – einer Einkaufsstraße, die 2010 und 2011 von schweren Überschwemmungen betroffen war – lösen die Sensordaten den Betrieb temporärer Hochwasserschutzbarrieren aus und aktivieren leistungsstarke Pumpen zur Umleitung des Hochwassers⁵. Die schnelle Reaktionszeit der Sensoren (typischerweise unter einer Sekunde) ist für diese Anwendungen entscheidend, da sie es den Steuerungssystemen ermöglicht, zu reagieren, bevor die Hochwasserlage kritisch wird.
Eine bemerkenswerte Anwendung ist das „hochwassersichere“ Kellerprogramm für Gebäude in hochwassergefährdeten Gebieten. Hierbei sind in Tiefgaragen installierte piezoresistive Sensoren mit den Gebäudealarmsystemen verbunden und warnen Gebäudemanager und Bewohner direkt bei drohendem Hochwasser⁵. Die robuste Bauweise der Sensoren gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb auch bei teilweisem Untertauchen – ein häufiges Problem bei weniger robusten Technologien.
Leistungsfähigkeit bei extremen Wetterereignissen
Singapurs piezoresistives Sensornetzwerk hat sich bei mehreren extremen Regenfällen bewährt. So lieferte es beispielsweise während eines Sturms im Jahr 2018, bei dem innerhalb von vier Stunden fast 160 mm Regen fielen – einer der heftigsten Regenfälle in der Geschichte Singapurs –, der Wasserbehörde PUB minutengenaue Informationen über den Wasserstand auf der gesamten Insel. Diese Daten ermöglichten den gezielten Einsatz von Hochwasserschutzteams und eine präzise öffentliche Kommunikation darüber, welche Gebiete am stärksten gefährdet waren.
Die Auswertung der Sensordaten nach den Ereignissen hat PUB zudem geholfen, Engpässe im Entwässerungssystem zu identifizieren und zukünftige Infrastrukturinvestitionen zu optimieren. Die Fähigkeit der piezoresistiven Sensoren, selbst unter extremen Bedingungen präzise Messungen zu liefern, macht sie für diese forensischen Untersuchungen besonders wertvoll, da sie den vollständigen Abflussgang von Hochwasserereignissen ohne Datenlücken während der Spitzenabflüsse erfassen.
Stausee- und Wasserspeichermanagement
Singapurs innovativer Ansatz zur Wasserspeicherung und zum Management von Stauseen basiert maßgeblich auf der präzisen Überwachung des Wasserstands. Piezoresistive Sensoren spielen dabei eine zentrale Rolle für die Effizienz und Sicherheit dieser wichtigen Wasserressourcen. Als Inselstadtstaat mit begrenzten natürlichen Wasserressourcen hat Singapur seine Stadtlandschaft in ein Wassereinzugsgebiet umgewandelt und ein weitverzweigtes Netz von Stauseen geschaffen, das mittlerweile Wasser von zwei Dritteln der Landesfläche sammelt. Das Management dieser Stauseen erfordert genaue Wasserstandsdaten in Echtzeit – eine Anforderung, die die piezoresistive Sensortechnologie optimal erfüllt.
Überwachung des Marina-Stauseesystems
Das Marina Reservoir, Singapurs am stärksten urbanisiertes Wassereinzugsgebiet, veranschaulicht den ausgefeilten Einsatz piezoresistiver Sensoren in großflächigen Wasserspeichern. Mehrere Sensoren sind strategisch in verschiedenen Tiefen und an unterschiedlichen Stellen im gesamten Stausee positioniert, um nicht nur den Gesamtwasserstand, sondern auch Schichtungseffekte und lokale Schwankungen zu überwachen. Diese Messungen sind für verschiedene Betriebsaspekte von entscheidender Bedeutung:
- Wassermanagement: Genaue Pegeldaten gewährleisten optimale Entnahmeraten, die die Versorgung aufrechterhalten und gleichzeitig unnötige Entnahmen vermeiden.
- Regenwassernutzung: Bei Regenfällen helfen Sensoren dabei, festzustellen, wie viel zusätzliches Oberflächenwasser der Stausee sicher aufnehmen kann.
- Salzgehaltskontrolle: Am Marina-Sperrwerk werden Sensordaten zur Steuerung der Schleusentore verwendet, um das Eindringen von Meerwasser zu verhindern und gleichzeitig eine angemessene Ableitung zu ermöglichen.
Die piezoresistiven Sensoren im Marina Reservoir sind speziell für die Bedingungen im Brackwasser an der Mündung des Meerwassers ausgelegt. Die verwendeten Materialien sind korrosionsbeständig und widerstehen so den anspruchsvollen Bedingungen. Ihre robuste Bauweise ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb mit minimalem Wartungsaufwand, trotz ständiger Eintauchzeit und wechselnder Wasserzusammensetzung.
Dezentrale Lagertanküberwachung
Neben den großen Stauseen überwachen piezoresistive Sensoren den Wasserstand in Singapurs zahlreichen dezentralen Speichertanks – einer kritischen Infrastruktur zur Aufrechterhaltung des Wasserdrucks und der Notfallreserven im gesamten Wasserverteilungsnetz der Insel37. Diese Anwendungen demonstrieren die Vielseitigkeit der Sensoren:
- Urbane Dachspeicher: In Hochhäusern sorgen Sensoren für eine ausreichende Wasserversorgung der oberen Stockwerke und verhindern gleichzeitig ein Überlaufen.
- Service-Reservoirs: Diese Zwischenspeicher nutzen Sensordaten, um Pumpzeiten und Energieverbrauch zu optimieren.
- Notfallvorräte: Strategische Reserven für Dürre- oder Infrastrukturausfallszenarien werden sorgfältig auf ihre Einsatzbereitschaft hin überwacht.
Die PUB hat für diese Anwendungen piezoresistive Sensoren standardisiert, da diese bei unterschiedlichen Tankgeometrien eine gleichbleibende Leistung erbringen und sich direkt mit den SCADA-Systemen verbinden lassen, die das Wasserverteilungsnetz Singapurs automatisieren.
Wir können Ihnen auch eine Vielzahl von Lösungen anbieten für
1. Handmessgerät zur Messung der Wasserqualität mehrerer Parameter
2. Schwimmbojensystem zur multiparametrischen Wasserqualitätsmessung
3. Automatische Reinigungsbürste für Multiparameter-Wassersensor
4. Komplettes Server- und Software-Funkmodul, unterstützt RS485, GPRS, 4G, WLAN, LoRa und LoRaWAN.
Für weitere Wassersensoren Information,
Bitte wenden Sie sich an Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Unternehmenswebsite:www.hondetechco.com
Tel.: +86-15210548582
Veröffentlichungsdatum: 27. Juni 2025