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Effects of Heavy-Tailed Demand Model Uncertainty on Water Distribution System Simulation

Sattler, Bernhard Jonathan und Cheong, Siew Ann und Tundis, Andrea und Joerin, Jonas und Pelz, Peter F. (2025) Effects of Heavy-Tailed Demand Model Uncertainty on Water Distribution System Simulation. CCWI 2025 - 21st Computing & Control for the Water Industry Conference, 2025-09-01 - 2025-09-03, Sheffield, United Kingdom. doi: 10.15131/shef.data.29920934.v1.

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Offizielle URL: https://orda.shef.ac.uk/articles/conference_contribution/Effects_of_Heavy-Tailed_Demand_Model_Uncertainty_on_Water_Distribution_System_Simulation/29920934?file=57214745

Kurzfassung

Simulation of Water Distribution Systems (WDSs) is used to evaluate WDS management to ensure the security of water supply. Many such simulations rely on assumptions of demand uncertainty. In this paper, we investigate which probability distributions adequately describe demand uncertainty and how the choice of a distribution affects the simulation results. To identify distributions, we first decompose water demand data of District Metered Areas of a city into demand trends, daily patterns, and residual uncertainty using the LOESS algorithm. Residuals are heavy-tailed, typically fitting a local log-normal distribution, but occasionally aligning better with a log-t distribution. We then assess the operational impact of the identified demand uncertainty by simulating the L-Town benchmark network subject to log-normal and log-t-distributed uncertainty using the WNTR Python package. The simulation results are evaluated based on technical KPIs. The results show that log-t-distributed uncertainty leads to worse simulated WDS performance on these KPIs, indicating that the inadequate use of normal or log-normal distributions could overestimate the WDS performance. Our findings highlight the importance of selecting appropriate uncertainty distributions for stochastic WDS optimization.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218662/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Effects of Heavy-Tailed Demand Model Uncertainty on Water Distribution System Simulation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Sattler, Bernhard Jonathanbernhard.sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3119-0949NICHT SPEZIFIZIERT
Cheong, Siew AnnSchool of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tundis, AndreaAndrea.Tundis (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7729-2780NICHT SPEZIFIZIERT
Joerin, JonasFuture Resilient Systems, Singapore-ETH CentreNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pelz, Peter F.TU Darmstadthttps://orcid.org/0000-0002-0195-627XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:26 August 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.15131/shef.data.29920934.v1
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Water distribution system demand uncertainty heavy-tails
Veranstaltungstitel:CCWI 2025 - 21st Computing & Control for the Water Industry Conference
Veranstaltungsort:Sheffield, United Kingdom
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:1 September 2025
Veranstaltungsende:3 September 2025
Veranstalter :Univesity of Sheffield
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D CPE - Cyberphysisches Engineering
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - urbanModel
Standort: Rhein-Sieg-Kreis
Institute & Einrichtungen:Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen > Digitale Zwillinge von Infrastrukturen
Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen
Hinterlegt von: Sattler, Bernhard Jonathan
Hinterlegt am:10 Nov 2025 11:10
Letzte Änderung:10 Nov 2025 11:10

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