Die vorliegende Dissertation hat die Bewertung und Modellierung der Exfiltration undichter Abwasserkanäle zum Thema. Verschiedene Methoden zur Bestimmung der Exfiltration werden ausführlich beschrieben. Es wurden Tracermethoden ausgewählt, in 5 Teileinzugsgebieten von Berlin und Dresden eingesetzt und bezüglich ihrer Anwendbarkeit in kommunalen Kanalnetzen bewertet. Tracermethoden ermitteln die Exfiltration mit einer Tracermassenbilanz über eine definierte Kanalstrecke. Ausgehend von diesen Messungen wurden Anforderungen an das Messen im Kanal und die Anwendung von Tracermassenbilanzen zur Bestimmung der Exfiltration formuliert. Ein anderer Schwerpunkt umfasst die Modellierung der Exfiltration mit der Identifizierung von Variablen, die Undichtigkeiten bzw. ungenügenden Kanalzustand signifikant beeinflussen sowie die Abbildung dieser Variablen in einem Model. Es wird die Verwendung eines auf dem Gesetz von Darcy basierenden Models vorgeschlagen. Darüber hinaus wurden Regressionsmodelle getestet und Signifikanztests durchgeführt. Die Dissertation schließt mit einer Diskussion über das Gefährdungspotential der Exfiltration von Abwasser aus undichten Kanälen insbesondere für Boden und Grundwasser. / The main goal of this dissertation is a comprehensive evaluation of exfiltration from leaky sewer pipes. Therefore, several methods for determining exfiltration are thoroughly described and two approaches are considered for extensive real sewer network testing in order to evaluate their application potential. These two methods estimate sewage loss by a tracer mass balance over a certain sewer distance. Exfiltration rates were estimated in 26 pipes located in 5 homogeneous subcatchments in Berlin and Dresden. Consequently analysing the experiences gained during the conducted measuring campaign, requirements on measurements in sewers in general and experimental design of the tracer tests in particular are discussed. A second focus was on modelling of sewer leakage and sewer deterioration. Variables which have significant effects on sewer leakage and deterioration have been identified according to the literature review and available data. Modelling approaches were proposed on the basis of (i) Darcy’s law and (ii) regression models for both data on sewer leakage derived from literature/tracer tests conducted within this work and data on sewer deterioration for the Dresden sewerage system. The dissertation concludes with a discussion on the relevance of sewer exfiltration, in particular its pollution potential for the environment is evaluated.

Die vorliegende Dissertation hat die Bewertung und Modellierung der Exfiltration undichter Abwasserkanäle zum Thema. Verschiedene Methoden zur Bestimmung der Exfiltration werden ausführlich beschrieben. Es wurden Tracermethoden ausgewählt, in 5 Teileinzugsgebieten von Berlin und Dresden eingesetzt und bezüglich ihrer Anwendbarkeit in kommunalen Kanalnetzen bewertet. Tracermethoden ermitteln die Exfiltration mit einer Tracermassenbilanz über eine definierte Kanalstrecke. Ausgehend von diesen Messungen wurden Anforderungen an das Messen im Kanal und die Anwendung von Tracermassenbilanzen zur Bestimmung der Exfiltration formuliert. Ein anderer Schwerpunkt umfasst die Modellierung der Exfiltration mit der Identifizierung von Variablen, die Undichtigkeiten bzw. ungenügenden Kanalzustand signifikant beeinflussen sowie die Abbildung dieser Variablen in einem Model. Es wird die Verwendung eines auf dem Gesetz von Darcy basierenden Models vorgeschlagen. Darüber hinaus wurden Regressionsmodelle getestet und Signifikanztests durchgeführt. Die Dissertation schließt mit einer Diskussion über das Gefährdungspotential der Exfiltration von Abwasser aus undichten Kanälen insbesondere für Boden und Grundwasser. / The main goal of this dissertation is a comprehensive evaluation of exfiltration from leaky sewer pipes. Therefore, several methods for determining exfiltration are thoroughly described and two approaches are considered for extensive real sewer network testing in order to evaluate their application potential. These two methods estimate sewage loss by a tracer mass balance over a certain sewer distance. Exfiltration rates were estimated in 26 pipes located in 5 homogeneous subcatchments in Berlin and Dresden. Consequently analysing the experiences gained during the conducted measuring campaign, requirements on measurements in sewers in general and experimental design of the tracer tests in particular are discussed. A second focus was on modelling of sewer leakage and sewer deterioration. Variables which have significant effects on sewer leakage and deterioration have been identified according to the literature review and available data. Modelling approaches were proposed on the basis of (i) Darcy’s law and (ii) regression models for both data on sewer leakage derived from literature/tracer tests conducted within this work and data on sewer deterioration for the Dresden sewerage system. The dissertation concludes with a discussion on the relevance of sewer exfiltration, in particular its pollution potential for the environment is evaluated.

Inspired by neurobiological systems, Spiking Neural Networks (SNNs) are gaining an increasing interest in the field of bio-inspired machine learning. Neurons, as central processing and short-term memory units of biological neural systems, are thus at the forefront of cutting-edge research approaches. The realization of CMOS circuits replicating neuronal features, namely the integration of action potentials and firing according to the all-or-nothing law, imposes various challenges like large area and power consumption. The non-volatile storage of polarization states and accumulative switching behavior of nanoscale HfO₂ - based Ferroelectric Field-Effect Transistors (FeFETs), promise to circumvent these issues. In this paper, we propose two FeFET-based neuronal circuits emulating the Integrate-and-Fire (I&F) behavior of biological neurons on the basis of SPICE simulations. Additionally, modulating the depolarization of the FeFETs enables the replication of a biology-based concept known as membrane leakage. The presented capacitor-free implementation is crucial for the development of neuromorphic systems that allow more complex features at a given area and power constraint.

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