Codziennie, zwykle ze względu na wiek sieci, zdarzają się przypadki pogorszenia się jakości wody. Wszystkie te problemy muszą być na bieżąco, w dzień i w nocy, rozwiązywane. Woda musi płynąć, nawet przy temperaturze powietrza minus 15 stopni Celsjusza, która zdarzyła się tej zimy.
    Od czego zacząć ocenę szczelności sieci wodociągowej?

Wstępna diagnoza
    Słowo diagnoza kojarzy mi się z wizytą u lekarza. A jeśli już jesteśmy u lekarza, zaczyna on od zadania kilku wstępnych pytań, aby zorientować się z kim ma do czynienia.
Zatem my również zadajmy kilka podstawowych pytań dotyczących naszej sieci wodociągowej:
• Jaki jest procent sieci starszej niż 20 lat (w tym wykonanej w latach 70. i 80. ubiegłego stulecia)?
• Jaki jest procent sieci wykonanej ze stali i żeliwa szarego, a jaki z tworzyw sztucznych?
• Jakie jest i jakie powinno być ciśnienie eksploatacyjne w naszej sieci wodociągowej?
• Jaki procent odbiorców jest rozliczany za pomocą wodomierza?
• Ile wynosi wielkość wody niesprzedanej (NRW) i co się na to składa oraz jaki jest aktualnie trend zmian NRW?

Jaki jest procent sieci starszej niż 20 lat?
    Pytanie powyższe wydaje się proste, ale ok. 15 lat temu większość kolegów wodociągowców nie umiałaby na nie jednoznacznie odpowiedzieć. Nikt nie był taki dobry, żeby podsumować wszystkie przewody naniesione na kilkadziesiąt lub nawet kilkaset „papierowych” podkładów geodezyjnych w skali 1:500 lub 1:1000. Istniały bazy środków trwałych, ale nikt rozsądny do końca im nie wierzył. Pozostawały wielkości szacunkowe. Zwykle były one zaniżone w stosunku do rzeczywistości. Pamiętam nasze zaskoczenie, gdy podsumowaliśmy długość sieci obliczoną w mapie GIS z wielkością dotychczas obowiązującą w firmie. Chyba każdy, komu udało się stworzyć mapę numeryczną, ma takie doświadczenia. Tu dochodzimy do sedna. Mamy XXI wiek, wszystkie firmy wodociągowe muszą mieć mapę numeryczną. Jest cała gama rozwiązań informatycznych na rynku na każdą kieszeń, które pozwalają na wkreślenie naszego zasobu informacji o sieci do wersji elektronicznej. Niektóre, używane tylko do przeglądania mapy, są darmowe. Można je zainstalować i wyposażyć każdą ekipę eksploatacyjną i remontową operującą na sieci. Ogromnie przyspiesza to odnalezienie przewodów wodnych nie tylko w terenie.
    Jeśli już mamy mapę numeryczną opisaną danymi technicznymi (jak również zapisami księgowymi ST), odpowiedź na postawione pytanie nie stanowi problemu. Jeśli nasza sieć starsza niż 20 lat stanowi ponad 30% całej długości, możemy mieć poważny problem ze stratami. Jeśli dodatkowo sieć wybudowana w latach 70. i 80. XX wieku stanowi z tego powyżej 50%, nasz problem jest poważniejszy niż myśleliśmy. Przewody wodociągowe wykonane w tamtym okresie rozkwitu i zarazem schyłku PRL są zmorą wszystkich wodociągowców. To właśnie wtedy na ogromną skalę używano stali do budowy i przesyłania wody. Był to materiał wtedy najtańszy i najłatwiej dostępny. Niestety ojcowie zapomnieli, że jednocześnie jest on nieodporny na korozję. Koniec szczelności tego typu przewodów następuje w sprzyjających okolicznościach po 25 latach, w warunkach trudniejszych (w rejonie linii kolejowych, w agresywnym gruncie) dużo szybciej. Teoretycznie rura stalowa miała posiadać zewnętrzną izolację bitumiczną, ale często było to zapisane tylko na papierze.
Owszem, rura była izolowana, ale wykonawca zapominał o zabezpieczeniu połączeń spawanych. Słyszałem również historię, że w latach 70., w okresie budowy wielotysięcznych osiedli mieszkaniowych, zlikwidowano jako zbędną funkcję inspektora nadzoru. Przecież do towarzysza robotnika trzeba mieć zaufanie.
    Naprawa takich rur jest tak naprawdę tylko przedłużaniem agonii. Pamiętam osiedla, gdzie problem strat i braków wody skończył się dopiero po wymianie 100% sieci i przyłączy.

Jaki jest procent sieci wykonanej ze stali i żeliwa szarego?
    W poprzednim zagadnieniu ustaliliśmy, że sieci wodociągowe ze stali wykonywano w latach 70. i 80. poprzedniego stulecia. Zaniechano wtedy wykonawstwa sieci z żeliwa, a tworzywa do budowy rurociągów w tamtym czasie w Polsce dopiero raczkowały. Wiele kilometrów ułożonych wtedy przewodów pozwoliło zwodociągować głównie wsie i rozwijające się osiedla mieszkaniowe. Tworzące się w gminach spółki wodne głównie przy użyciu rur stalowych uniezależniły mieszkańców od kaprysów pogody i stanu wody w studniach. Wielu z mieszkańców (obecnych klientów) osobiście w ramach tzw. „czynu społecznego” budowało wodociągi. Plusem takiej sytuacji jest ich znajomość ułożenia przewodów. Często starsi mieszkańcy wskazywali nam właściwy przebieg rury i ukryte pod ziemią zasuwy. Minusem tych instalacji jest ich fatalny obecnie stan techniczny, duża inkrustacja i zbyt małe średnice w stosunku do obecnych potrzeb.
    Sieci stalowe są powszechne w większych miastach na osiedlach mieszkaniowych wykonanych z „wielkiej płyty”. Może być takich sieci do 30-40%. Niestety na 100% mamy tam nieszczelności i sytuacja będzie z czasem tylko się pogarszać. Na wsiach wodociągowanych w latach 70. i z początkiem 80 sieci stalowych jest 80-90%. Straty w takich rejonach mogą dochodzić do 50-80%.

    Drugim najbardziej awaryjnym materiałem jest żeliwo szare. Rurociągi z tego materiału były układane nawet już w XIX wieku i później w latach 20. i 30. ub. wieku. Dziś straciły na znaczeniu i w zasadzie zostały zastąpione już w latach 70. XX w. przez żeliwo sferoidalne. Zaobserwowałem, że jeszcze w okresie Polski Ludowej do lat 60. chętnie były używane do budowy przewodów rozdzielczych, a nawet przyłączy. Zważywszy na to, że był to materiał niezręczny do transportu (ciężar, kruchość) oraz trudny i niebezpieczny w montażu (kielichy uszczelniane sznurem konopnym i zalewane gorącym ołowiem), należy mieć dużo szacunku do ówczesnych fachowców w naszej dziedzinie.
    Starsze miasta, których historia wodociągów sięga XIX stulecia, będą miały minimum 20-30% sieci wykonanej z żeliwa szarego. Można powiedzieć w ciemno, że tam są nieszczelności. To, że ich nie widać, o niczym nie świadczy. Zwykle są to skanalizowane i zabrukowane centra miast. Woda w takich miejscach „nie wychodzi na górę”. Typowe uszkodzenia tych rur to nieszczelne kielichy oraz pęknięcia poprzeczne i „moje ulubione”, czyli wzdłużne. Tytuł ulubione nadałem przekornie tym uszkodzeniom, które absorbują najdłużej, ponieważ w takich przypadkach.
    Należy jeszcze wspomnieć o jednym materiale: PCV. Przewody wodociągowe wykonane z tego materiału są, a jakże, odporne na korozję, ale ich budowniczy oszczędzali często na obsypce piaskowej lub też przed zabudową przechowywali je nierzadko kilka sezonów na wolnej przestrzeni, wystawiając na działanie promieni UV. W takich sytuacjach, niestety już po kilku latach, trzeba usuwać awarie (pęknięcia w wyniku nacisku kamieni z zasypki gruntem rodzimym). W skrajnych przypadkach takie sieci ze względu na lawinowo zdarzające się nieszczelności nie nadają się do eksploatacji jako rurociągi ciśnieniowe i muszą zostać w całości wymienione. Na szczęście ich kariera w naszej branży była krótka. Zostały zastąpione przez najpopularniejsze obecnie PE HD.
    Jako pierwsze w latach 80. XX w. pojawiło się PE HD 80, w latach 90. PE HD 100, a już w XXI w. PE HD RC+. To ostatnie przeznaczone jest do zabudowy w gruntach rodzimych lub do reliningów oraz przewiertów horyzontalnych jako niewrażliwe na propagację pęknięć w przypadku nacisków punktowych. W zakresie tworzyw sztucznych przeznaczonych do budowy wodociągów nie powiedziano jeszcze ostatniego słowa. W dalszym ciągu modyfikuje się te produkty, proponując rury wykonane z PE z zewnętrzną powłoką PP lub też wewnętrzną taśmą metalową, ułatwiającą mo nitoring ułożenia i strat lub też z wewnętrznym płaszczem metalowym (np. aluminium), zabezpieczającym wodę przed dyfuzją szkodliwych substancji ze środowiska zewnętrznego rury.

Ciśnienie przed i po ustabilizowaniu w okresie dzień-noc. Skutek: mniejsze straty, mniej awarii.

Jakie jest i jakie powinno być ciśnienie eksploatacyjne w naszej sieci wodociągowej?
    Jak wiemy, mamy 2 podstawowe rodzaje ciśnień w sieci wodociągowej, mające istotny wpływ na panujące w sieci ciśnienia eksploatacyjne: statyczne i dynamiczne. 
    Ciśnienie statyczne, czyli wynikające z poziomu, do którego dąży woda w szczelnych naczyniach połączonych, jest wyższe i występuje zazwyczaj w godzinach nocnych, kiedy rozbiory są minimalne.
    Ciśnienie dynamiczne (utożsamiane zwykle z ciśnieniem dyspozycyjnym) to ciśnienie statyczne obniżone o tzw. straty na długości (wynikające z chropowatości przewodu, w tym głównie inkrustacji) i straty lokalne (armatura, przewężenia, łuki).
    Dla wysokości strat najważniejsza jest wielkość ciśnienia statycznego. To właśnie w nocy nasze sfatygowane sieci wodociągowe są narażone na nadmierne ciśnienie wody i dlatego tak wiele awarii powstaje w godzinach nocnych.
    Niestety im większy poziom strat w danym obszarze, tym większa awaryjność. W związku z tym, że wycieki jako dodatkowe „rozbiory” z wodociągu obniżają ciśnienie w sieci, często eksploatator podnosi ciśnienie dyspozycyjne na pompowni lub reduktorach tak, aby w ogóle dostarczyć wodę do odbiorcy. Jednocześnie podnosi on „zabójcze nocne ciśnienie”, które powiększa wielkość wycieków, co ponownie obniża ciśnienie, co zmusza operatora do jego podniesienia ponownie i tak bez końca.
    Według starych, ale nadal znacznie aktualnych podręczników, maksymalne ciśnienie dyspozycyjne w sieci nie powinno przekraczać 0,6 MPa. Wg mnie niebezpieczne dla starych sieci opisanych w powyższych punktach jest już ciśnienie od 0,3 MPa wzwyż. Powyżej 0,7 MPa to ciśnienie zabójcze. Kto go nie obniża, naraża się na duże wycieki nawet z małych otworów. Wszak wielkość wypływu z otworu o stałym przekroju jest wprost zależna od ciśnienia. Dodatkowo należy pamiętać, że np. wżer korozyjny w stalowej rurze lub nieszczelność żeliwnego kielicha nie ma stałego przekroju. Powiększa się on wraz z upływem czasu... Kropla drąży skałę.

Jaki procent odbiorców jest rozliczany za pomocą wodomierza?
    Bardzo łatwo ukryć straty wody w wyniku wycieków, jeśli mamy niewielki procent opomiarowanych odbiorców. W poprzednim ustroju nie bardzo przejmowano się oszczędzaniem wody. Spory procent mieszkańców miał przydzielony ryczałt, dość wysoki, żeby skompensować ewentualne straty na przesyle wody. Zakłady przemysłowe posiadały opomiarowane przyłącza. Jednak wodomierze z tamtych czasów miały dokładność radzieckich zegarków. Ponadto powszechną praktyką było budowanie tzw. obejść ppoż wokół wodomierza. Teoretycznie były one zaplombowane i uruchamiane w wypadku pożaru, ale rzeczywistość była bardziej prozaiczna i przewidywalna. Polak potrafi.
    Jeśli udział odbiorców rozliczanych ryczałtem przewyższa 20-30% wielkości sprzedaży, możemy sobie dać spokój z liczeniem strat wody. Póki bilans zysków i strat będzie dodatni, możemy się nie przejmować. Oczywiście to żart, ponieważ nie robiąc nic w zakresie uszczelniania sieci wodociągowej, możemy po kilku, kilkunastu latach stracić możliwość utrzymania ciągłości dostawy wody dla klientów.

Ile wynosi wielkość wody niesprzedanej (NRW) i co się na to składa?
    Na koniec diagnozy musimy zmierzyć się z najbardziej bezwzględną liczbą, a mianowicie wielkością strat w naszej sieci wodociągowej. Zapoznanie się z nią może być bolesne. Przeżywam to co jakiś czas podczas wykonania nowego punktu pomiarowego w tzw. OOS-ie.
    Zaczynamy od obliczenia podstawowego wskaźnika strat: wielkości wody niesprzedanej, stanowiącej różnicę pomiędzy ilością wody wtłoczonej z ujęć i sprzedanej w analogicznym okresie. Błąd tutaj będzie duży, ale na początek wystarczy. Jeśli różnica tych dwóch wartości stanowi mniej niż 20% wielkości wody wtłoczonej, możemy uznać sieć za wystarczająco szczelną. Straty wody na poziomie 20 do 50% wymagają interwencji. Ponad 50% wody niesprzedanej oznacza, że jest bardzo źle, ponieważ wtłaczamy do systemu 2 razy więcej wody niż sprzedajemy! Bardzo łatwo uzyskać taki wskaźnik. Wystarczy przez kilka lat nie usuwać awarii, żeby mieć spokój od klientów, i podnosić ciśnienie dyspozycyjne. Znam taki przypadek. Inny przykład to brak opomiarowania odbiorców i rozliczanie ryczałtem. Wtedy również można przymknąć oko na wielkość strat. Oczywiście wszystko do czasu.
    Nie będziemy brać złego przykładu. Straty trzeba liczyć systematycznie, w całym systemie co miesiąc, w podobszarach co tydzień. Bardzo dobrym nawykiem jest codzienne spojrzenie na nocne przepływy na głównych magistralach. Trzeba to robić systematycznie i solidnie. Opłaci się to przy dłuższym okresie. Trudno odrobić zaległości. Może się okazać, że oprócz oceny trendu wielkość wody niesprzedanej (NRW), konieczne jest przyjrzenie się bardziej precyzyjnym wskaźnikom wśród których najważniejsze to:
1. Wskaźnik strat wody w czasie na długości sieci, najczęściej wyrażany w m3/km/d. Zalecany poziom to mniej niż 8 m3/km/d,
2. Wskaźnik strat wody w czasie na 1 przyłącze, wyrażany w m3/przyłącze/24h. Zalecany poziom to 0,4 i mniej.

* * *

    Dzięki rzetelnym odpowiedziom na wyżej postawione pytania mamy wstępną diagnozę na temat szczelności naszej sieci wodociągowej. Co teraz? Wiadomo, że w kilka lat nie wymienimy wszystkich starych przewodów. Musimy zatem podejść do tego w inny sposób. Jakie kroki wykonać? Jak to ogarnąć i kontrolować? Postaram się rozwinąć tę tematykę w następnym artykule.

Autor: Dariusz Dzida, AQUA S.A.

Artykuł został opublikowany w magazynie "Ochrona Środowiska" nr 1/2012

Źródło fot.: TW "AQUA" S.A.