Wykres przepływu w OOS-ie; widoczna wartość MNP.

Krok I – bilans strat wody
    Ilość wody niesprzedanej obliczymy z różnicy pomiędzy ilością wody wtłoczonej do systemu wodociągowego i wielkością sprzedaży w analogicznym okresie.
   Możemy ją przedstawić w odniesieniu do wody wtłoczonej jako wielkość procentową. 
    Wartość ta powinna być jak najmniejsza, moim zdaniem dopuszczalny poziom to nie więcej niż 20%. To jest ideał, do którego powinniśmy dążyć. Większość przedsiębiorstw wodociągowych przed podjęciem decyzji o kontroli strat posiada tą wielkość na poziomie 30 do 50%. Należy zaznaczyć, że może nie mieć sensu ekonomicznego dążenie do obniżania jej za wszelką cenę poniżej granicy 20%. Koszt usunięcia wycieków powodujący te straty jest wielokrotnie wyższy od korzyści wynikających z uszczelnienia sieci.
    Jeśli mamy dane o długości sieci i ilości odbiorców, możemy stosować bardziej miarodajne wskaźniki w m³/ km/d i w l/przyłącze/dobę, które są uzależnione od przyrostu naszej sieci i zmian konsumpcji wody.
    Większość przedsiębiorstw wod-kan posiada mapę numeryczną GIS swoich sieci zewnętrznych. Określenie długości przewodów w interesującym nas obszarze, przy
użyciu analizy przestrzennej w mapie, jest czynnością szybką i daje wiarygodne wyniki. Jeśli mamy w naszej mapie rozmieszczone wszystkie wodomierze rozliczeniowe, również obliczenie ilości odbiorców w danym obszarze jest niekłopotliwe. Wielkości przyzwoite tak liczonych strat, do których należałoby dążyć, to 8 m3/km/d i 400 l/przyłącze/ dobę.

Przykładowy OOS

    Bardzo wiarygodnym wskaźnikiem strat wody jest minimalny nocny przepływ (MNP). Jest to powtarzająca się codziennie minimalna wielkość przepływu zwykle pojawiająca się w okresie nocnym w godzinach od 1 do 5. Zwyczajowa jednostka MNP to m³/h. Można go uzyskać na kilka sposobów:
1. Metoda najwygodniejsza to odczyt z wykresów przepływu dostępnych w naszym systemie telemetrii. Warunkiem koniecznym do tego jest posiadanie takowego systemu.
2. Jeśli jeszcze nie mamy takich możliwości, wykonujemy odczyty ręczne MNP. Odczyt ręczny polega na odpisaniu stanów wodomierza co 10-15 minut w godzinach od 2 do 5 w nocy. Dla naszych potrzeb wystarczy skrócić czas do 1 godziny z powyższego zakresu czasowego.
3. Jeśli nie mamy żadnego urządzenia pomiarowego, na sieciach rozdzielczych możemy mierzyć przepływ tzw. metodą hydrantową. Metoda hydrantowa polega na poprowadzeniu wody z rurociągu do samochodu pomiarowego z zamontowanym przepływomierzem poprzez przygotowany wcześniej zestaw hydrant-zasuwa- hydranty. Po zamknięciu zasuwy całość wody przepływa przez przepływomierz, dzięki czemu uzyskujemy wielkość przepływającej przez przewód wody. Metoda ta była propagowana i stosowana z powodzeniem z użyciem wodomierza przez śp. dr. Pawła Dohnalika z zespołem współpracowników z Instytutu Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej w Krakowie w latach 90. ubiegłego stulecia.
    Do prawidłowej analizy wielkości MNP niezbędna jest znajomość charakteru odbiorców, którzy zasilani są w danym obszarze. Musimy bowiem pamiętać, że w nocy również zdarzają się rozbiory wody. Literatura wskazuje, aby przyjmować jako średnie nocne rozbiory: w przypadku skupisk mieszkalnych 1,5 l/h/dom lub 0,6 l/h/osobę, w przypadkach innych (nocne zmiany w zakładach lub sklepach) można przyjąć 8l/h/odbiorcę. Lepiej jednak spróbować chociaż tymczasowo opomiarować wodomierze u większych odbiorców w celu określenia faktycznych nocnych poborów.
    Nie zapominajmy również o tym, aby od wielkości MNP odjąć napełnianie zbiorników wyrównawczych. Tutaj przyda się pomiar przepływu na rurociągu dopływowym lub odpływowym oraz znajomość geometrii zbiornika.
    Powyższe wskaźniki powinny być obliczane minimum co miesiąc. Najlepsza praktyka to bilans tygodniowy. Widzimy wtedy, jaki jest trend poszczególnych wartości. Dzięki temu możemy typować obszary do kolejnych kontroli szczelności. 
    Często, najczęściej ze względów stricte politycznych, wyróżnia się jeszcze dodatkowo pojęcie tzw. “strat wody”, które w bilansie przedsiębiorstw wodociągowych jest jedynie częścią ilości wody niesprzedanej, bowiem nie obejmuje np. błędów urządzeń pomiarowych, kradzieży, zużycia na cele pożarowe i własne np. do płukania sieci. Są to zagadnienia na tyle szerokie, że należałoby się nimi zajać oddzielnie. Obecnie skupiam się na ucieczkach wody w wyniku nieszczelności naszej sieci.
    Bardzo dobrze będzie, gdy w następnych krokach podejmiemy działania świadome i przemyślane. Tak więc nieodzownym staje się przygotowanie dla całego systemu studium wykonalności i rehabilitacji systemu wodociągowego, uzupełnione dodatkowo o np. studium korozyjności sieci, studium wzmocnienia instytucjonalnego czy też audyt energetyczny. Tak na marginesie, aby wypisać receptę, trzeba umieć pisać, ale aby wyleczyć, trzeba dobrze rozpoznać chorobę.

Wykresy ciśnienia i przepływu z przykładowego obszaru pomiarowego.

 

Krok II – wydzielenie obszarów dla kontroli szczelności
    Niemożliwe jest kontrolowanie szczelności sieci wodociągowej w całości. Musimy podzielić ją na mniejsze obszary, zapewniające możliwość śledzenia skuteczności naszych działań, zmierzających do uszczelnienia przewodów. W przypadku sieci promienistej nie stanowi to większego problemu. Jeśli posiadamy sieć pierścieniową, czasem musimy wykonać pomiar w kilku miejscach i odpowiednio to bilansować. Praktyka uczy, że taki obszar lub sektor (nazywany przez niektórych opomiarowanym obszarem sieci – OOS lub z jęz. angielskiego DMA – district metered area) nie powinien obejmować więcej niż 10-15 km sieci.
    W miejscu dopływu lub odpływu z obszaru niezbędny jest montaż urządzenia pomiarowego. Dawniej używano do tego wodomierza w studzience. Później, dla umożliwienia śledzenia MNP, montowano wodomierze z nakładką impulsową do podłączenia zewnętrznego loggera odczytującego wielkość przepływu chwilowego. Obecnie coraz częściej stosuje się przepływomierze elektromagnetyczne z zasilaniem bateryjnym. Wersja doskonała takiego punktu pomiarowego to przepływomierz plus przetwornik ciśnienia plus zdalny rejestrator, przekazujący odczyty do systemu telemetrii zainstalowanego na dyspozytorni. Takie rozwiązanie zapewnia nam pełny i komfortowy podgląd pracy kontrolowanego obszaru.
    Możemy dzięki temu również monitorować obciążenie hydrauliczne sieci, a nawet zauważyć kradzieże wody na naszych hydrantach.
    Jeśli brak jest możliwości zamontowania stałego pomiaru na rurociągu, możemy go monitorować okresowo za pomocą wcześniej opisanej metody hydrantowej.
Dla każdego wydzielonego obszaru możemy obliczyć jego statystykę (długość sieci, ilość odbiorców, średni pobór wody) oraz oczywiście obliczyć obecne straty wody. Teraz możemy rozpocząć poszukiwania wycieków.

Raport o stanie technicznym.

Krok III - poszukiwanie wycieków
    W dawnych czasach wycieków szukano za pomocą manometru i klucza do zasuw. Szybki spadek ciśnienia w wodociągu po jego odcięciu od źródła wody wskazywał na jego nieszczelność. Wtedy do akcji wkraczał doświadczony monter, który osłuchiwał na kluczu okoliczne zasuwy. Po jakimś czasie do tych narzędzi doszły pierwsze geofony. Czasem przydawała się (fakt autentyczny) różdźka. To “urządzenie” w fachowych rękach również działało skutecznie. Obecnie mamy dostęp do najnowszych rozwiązań w tym zakresie. W wytypowanym obszarze warto na początek wykonać nocne strefowanie. Polega ono na zamykaniu poszczególnych odcinków wodociągów i obserwowaniu spadków nocnego przepływu. Dalsze poszukiwania rozpoczynamy w rejonach, gdzie spadki te są największe. Jeśli chcemy uszczegółowić przewód do kontroli, rozstawiamy na noc w skrzynkach zasuwowych, hydrantowych lub na tzw. punktach pomiarowych na przewodach PE permalogi, które pozwolą bardziej zbliżyć się do miejsca nieszczelności. Na koniec podłączamy korelator, który prawie w 100% potrafi wskazać dokładnie miejsce
przecieku.
    W moim przedsiębiorstwie wszystkie ekipy i urządzenia do poszukiwania wycieków zostały skoncentrowane w jednym dziale odrębnym od działu eksploatacji sieci. Współpraca obu działów została zorganizowana w ten sposób, że codziennie do obsługi bieżących zgłoszeń i problemów jest dostępna jedna ekipa z korelatorem. Dwie pozostałe kotrolują sieć wg harmonogramu. Ich zadaniem jest sprawdzenie całej sieci w ciągu 2 lat.
    Od kilku lat w dziale eksploatacji została wdrożona praktyka corocznej kontroli magistral i najważniejszej armatury (zasuwy dużej średnicy i hydranty). Obchód magistral polega na przejściu „na butach” wzdłuż ich ciągów dla stwierdzenia potencjalnych wycieków. Przewody, biegnące pod terenami utwardzonymi, kontrolujemy poprzez sprawdzenie nocnych przepływów w sąsiednich kanałach. Ponadto kontrolujemy „optycznie” przy okazji wszystkie komory z zasuwami, odpowietrznikami i reduktorami. Wszystkie hydranty zewnętrzne są okresowo uruchamiane i „osłuchiwane”. Dzięki tej dobrej praktyce udało się wychwycić sporo nieszczelności na armaturze i głównych przewodach.
    Jeśli już znaleźliśmy wyciek, możemy przystąpić do jego usunięcia.

Ciśnienie w obszarze przed i po montażu zaworu redukcyjnego.

Krok IV – usuwanie awarii
    Dobrze zorganizowany proces usuwania awarii na sieci wodociągowej jest ważnym składnikiem polityki redukcji strat. Przedsiębiorstwa wodociągowe w różny sposób mają to przygotowane. Jedni utrzymują i wyposażają własne ekipy remontowe dla każdego rejonu, inne zlecają roboty na zewnątrz. W mojej firmie jest sytuacja pośrednia. Wykonawstwo robót zlecane jest zewnętrznej firmie. Obecnie są to nawet 2 firmy, tak aby wprowadzić element konkurencji. To zawsze pomaga zmobilizować do pracy na wyższym poziomie. Jednakże obie firmy pracują na powierzonym materiale. Dla zachowania dobrej jakości używanych do budowy lub naprawy przewodów i armatury produktów kupowane są one według naszych wytycznych technicznych przez naszą firmę i dostarczane do naszego magazynu. Wykonawca po otrzymaniu zlecenia na naprawę pobiera nasz materiał (np. zasuwę) i montuje we wskazanym miejscu. Do zadania służb eksploatacyjnych należy sprawne zamknięcie naprawianego wodociągu i jego uruchomienie po wszystkim. Po wykonaniu robót dokonywany jest odbiór i rozliczenie pobranego materiału. Wtedy dopiero następuje zapłata za usługę. Do każdej awarii jest wypełniany tzw.raport o stanie technicznym, który opisuje szczegółowo nie tylko naprawiany przewód (średnica, materiał, głębokość ułożenia), ale i jego sąsiedztwo (m.in. kolizje z obcym uzbrojeniem).
    Szybkość wykonywania napraw jest narzucana przez zleceniodawcę w zależności od wielkości i skutków danej awarii. Przy sprzyjających warunkach usunięcie awarii w jezdni na średnicy Dn 200 mm może trwać nie więcej niż 3-4 godziny. Firmy wykonawcze mają obowiązek utrzymywać 24-godzinne pogotowie techniczne do natychmiastowej reakcji o każdej porze. Niestety nieraz musieliśmy korzystać z ich usług w święta i weekendy. Taka praca. Ktoś nie śpi, żeby umyć się mógł ktoś.
    Awarie są najbardziej absorbującym zjawiskiem na sieci wodociągowej. Jeśli jednak nie traktuje się ich jako dopust boży, można dużo się nauczyć. Niejednokrotnie dzięki takim robotom dowiadywaliśmy się, jaka jest średnica i materiał danego przewodu. W skrajnych przypadkach przy okazji usuwania wycieku dowiadywaliśmy się, że w tym miejscu w ogóle biegnie jakiś wodociąg. Awarie wskazują również na nasze słabe punkty. Wystarczy tylko umieć zadawać pytania. A dlaczego aż tyle ulic nie miało zasilania? A dlaczego tutaj nie ma zasuwy? Dlaczego nie ma jak opróżnić lub odpowietrzyć tego wodociągu? Dlaczego ciśnienie w tym obszarze jest takie niskie?
    Jeśli odpowiemy sobie uczciwie na stawiane pytania, możemy poprawić sytuację w danym rejonie zasilania w przyszłości.

Fragment tabeli analiz zasadności wymian sieci wodociągowych.

 

Krok V – optymalizacja ciśnień
    W obszarach górskich o zróźnicowanym terenie występuje zjawisko nadmiernych ciśnień w sieci wodociągowej pracującej w systemie grawitacyjnym. Dobrą praktyką jest, aby ciśnienie wody w przewodach nie przekraczało 0,5 MPa. Aby uzyskać takie wartości, musimy wydzielić obszary wysokich ciśnień i obniżyć je do wartości minimalnej dla zapewnienia zasilania wszystkich klientów. Kiedyś ta funkcja była realizowana przez zbiorniki redukcyjne. Obecnie korzystamy z zaworów redukcyjnych lub regulacyjnych.

Dzięki obniżeniu ciśnień (szczególnie w nocy) do wartości optymalnych możemy znacznie obniżyć wielkość wycieków z nieszczelnych przewodów, pamiętając, że przez otwór o stałej średnicy wraz ze wzrostem ciśnienia przepływa większa ilość wody.

Krok VI – plan wymian przewodów
    20 lat temu opisanie całości sieci wodociągowej pod względem średnicy, materiału, wieku, stanu technicznego, awaryjności było praktycznie niemożliwe. Obecnie wykonanie takich statystyk przy pomocy mapy numerycznej jest proste jak podstawowe algorytmy matematyczne. Warto skonstruować sobie takie zestawienia, ponieważ pomogą nam one poszeregować w rankingu przewody przeznaczone do wymiany. Jeśli już wiemy, co chcemy zmodernizować, wystarczy poszukać na to środków finansowych. Ale to już temat na zupełnie inny artykuł.

Podziękowanie
Dziękuję panu dyrektorowi Utrzymania Ruchu “AQUA” S.A. Kazimierzowi. Obozie za cenne uwagi merytoryczne i redakcyjne do moich artykułów.

Autor:  Dariusz Dzida, AQUA S.A.

Artykuł został opublikowany w magazynie "Ochrona Środowiska" nr 2/2012