Sposoby zmniejszania strat wody (cz. 2)

Sposoby obniżania strat wody

Oprócz modernizacji, czyli wymiany lub renowacji materiałów i armatury sieci, będącej podstawą sukcesu w obniżeniu poziomu strat wody, należy wprowadzać działania eksploatacyjne, do których zaliczamy:

• aktywną kontrolę wycieków (AKW),
• kontrolę i regulację ciśnienia (KiRC),
• pomiar minimalnego nocnego przepływu (MNP),
• ustalenie ekonomicznego poziomu wycieków,
• strefowanie sieci wodociągowej.

Aktywna kontrola wycieków (AKW) polega na cyklicznym wykonywaniu przeglądów sieci wodociągowej w celu wykrycia jej wszelkich nieszczelności. Działania te należy prowadzić aż do momentu obniżenia strat wody do zadowalającego ekonomicznie poziomu. Kontrolę można prowadzić przy zastosowaniu różnych metod wyszukiwania wycieków: wizualnej, obserwacji przepływu i ciśnienia, hydrantowej, akustycznej i korelacyjnej.

Kontrolę i regulację ciśnienia (KiRC) przeprowadza się w celu obniżenia ciśnienia w sieci wodociągowej w godzinach nocnych (1.00–4.00) do minimum zaspokajającego potrzeby odbiorców. Można tego dokonać przy pomocy modelu hydraulicznego sieci lub systemu zdalnego sterowania na podstawie ciągłej kontroli i regulacji.

Montaż zaworów regulacyjnych (PRV) wraz ze sterownikami elektronicznymi pozwala obniżyć ciśnienie w okresach mniejszego rozbioru wody, co w efekcie zmniejsza straty wody, chroni sieć przed uderzeniami hydraulicznymi i obniża zużycie energii elektrycznej w pompowniach. W razie wystąpienia awarii zmniejszone ciśnienie pozwala ograniczyć objętość traconej wody.

Pomiaru minimalnego nocnego przepływu (MNP) dokonuje się w godzinach nocnych (1.00–4.00). Dane uzyskane z monitoringu sieci wodociągowej porównywane są z obliczeniową minimalną objętością wody (z uwzględnieniem strat, jakie mogą wystąpić w danym obszarze – strefie) przyjmowaną jako próg alarmowy w monitoringu.

Strefowanie sieci wodociągowej polega na wydzieleniu obszarów z zastosowanym monitoringiem wykorzystującym przepływomierze, wodomierze i przetworniki ciśnienia z przekazem danych. Głównym celem tego działania jest zebranie informacji o objętości wody, która wpłynęła na wyznaczony obszar, i sposobie jej rozliczenia – sprzedaży.

Strategie związane z obniżaniem strat wody

Każda awaria powstająca w sieci wodociągowej wywołuje przerwę w ciągłości dostaw wody do odbiorców. Przyczyną są najczęściej nieszczelności rurociągów i uszkodzenia uzbrojenia, wymagające naprawy przy odciętym dopływie wody. Problemy wynikające z powstawania wycieków w sieci dotyczą każdego przedsiębiorstwa wodociągowego.

Na powstawanie uszkodzeń wpływa wiele czynników lub ich suma, a najważniejsze z nich to:

• nadmierne wyeksploatowanie rurociągu,
• nieprawidłowo zastosowane materiały,
• wadliwe ułożenie rurociągu,
• wzrost oporności hydraulicznej,
• nadmierne ciśnienie,
• uderzenia hydrauliczne.

Wysoki wskaźnik awaryjności i poziom strat wody powinny być impulsem do rozpoczęcia długoletnich działań mających na celu zmniejszenie objętości traconej wody. Można wyróżnić dwa skrajne podejścia przedsiębiorstw wodociągowych do zarządzania stratami wody poprzez kontrole wycieków: zarządzanie pasywne i aktywne.

Pasywne zarządzanie polega na usuwaniu przecieków, gdy zostaną one zgłoszone. W takiej sytuacji wycieki mogą pozostawać długo niewykryte, do czasu aż pojawią się na powierzchni lub zostaną dostrzeżone przez odbiorców. Taka polityka powoduje zmniejszenie codziennych kosztów aktywnego wykrywania wycieków, ale zwiększenie ryzyka powstawania strat wody. Pasywne zarządzanie jest korzystne dla przedsiębiorstwa wodociągowego, kiedy koszt wykrywania wycieków jest relatywnie wysoki, a koszt produkcji wody niski.

Aktywne zarządzanie wymaga monitorowania pracy sieci wodociągowej. Odbywa się to w wydzielonych strefach lub obszarach pomiarowych. Zastosowanie monitoringu pozwala na niemal natychmiastowe ujawnienie wycieków i podjęcie prac naprawczych, zanim zwiększą się straty.

Aktywna kontrola wycieków (AKW) polega na stosowaniu działań zmierzających do wykrywania i usuwania wycieków i prowadzona jest w dwóch etapach:

• etap I – pomiar oraz analiza minimalnego nocnego przepływu (MNP),
• etap II – wstępna, dokładna i potwierdzona lokalizacja nieszczelności.

Umożliwia ona dużo dokładniejsze określanie poziomu strat rzeczywistych wody w różnych elementach sieci.

Przyrządy stosowane do AKW

Stosując aktywne zarządzanie stratami wody, do aktywnej kontroli wycieków wykorzystywać można następujące zespoły urządzeń:

• rejestratory przepływu – urządzenia elektroniczne rejestrujące dane z wodomierzy, zbierające i przechowujące wartości natężenia przepływu, oraz rejestratory ze zdalnym przekazem danych;
• urządzenia do objętościowego pomiaru przepływów (legalizowane przepływomierze i wodomierze): przepisy prawa i umowy handlowe (sprzedaż i zakup), generalny bilans strat w dystrybucji;
• urządzenia do objętościowego pomiary przepływów i ciśnienia (dopuszcza się tu nielegalizowane przepływomierze:
  - pomiary terenowe do kalibracji modelu hydraulicznego sieci,
  - wydzielenie stref pomiarowych do bilansu  strat, testowanie stopniowe przepływu – prelokalizacja wycieków, procesy technologiczne, sterowanie dystrybucją i ciśnieniami wody;
• akustyczne rejestratory szumów rozmieszczone i pozostawione na danym obszarze w celu rejestracji szumów awaryjnych w godzinach nocnych (od 1.00 do 4.00); dokładną lokalizację sygnałów awaryjnych potwierdza się za pomocą geofonów lub korelatorów;
• geofony – mikrofony przystosowane do odbioru sygnałów akustycznych rozprzestrzeniających się w gruncie;
• korelatory – urządzenia wyznaczające miejsce przecieku na podstawie korelacji sygnałów akustycznych szmeru przecieku;
• lokalizatory podziemnego uzbrojenia – urządzenia do określania lokalizacji podziemnego uzbrojenia (np. gazociągu, kabli telekomunikacyjnych czy energetycznych).

Wskaźniki i ich wykorzystanie w diagnostyce sieci

Wskaźnik szczelności sieci (Ws) w systemach wodociągowych obliczany jest jako stosunek minimalnego godzinowego nocnego przepływu do przepływu dobowego. Jeśli Ws wynosi maksymalnie 1,0%, sieć wodociągowa uznawana jest za szczelną, a gdy sięga 1,3% lub więcej – za nieszczelną. W takiej sytuacji należy wdrożyć działania etapu II AKW. Ws oblicza się ze wzoru:

gdzie:

Q_min nocne – przepływ godzinowy minimalny nocny (najniższy powtarzający się stale przepływ wody wtłaczanej do obszaru sieci wodociągowej w porze nocnej – pomiędzy godz. 24 a 4 rano) [m³/h],

Q_dobowe – przepływ dobowy (objętość wody wtłoczonej do obszaru sieci wodociągowej w ciągu 24 godz. [m³/d].

Kolejnym etapem jest wyliczenie dopuszczalnych wskaźników jednostkowych strat wody dla systemów wodociągowych. Celem tych obliczeń jest klasyfikacja osiedli lub dzielnic w celu podjęcia działań służących lokalizacji strat wody. Najpierw należy obliczyć wskaźnik wody niezbilansowanej WNZ. W systemach wodociągowych jest to wielkość różnicy bilansowej objętości wody wtłoczonej do sieci i sprzedanej odbiorcom wody po odliczeniu potrzeb własnych przedsiębiorstwa wodociągowego. Oblicza się ją ze wzoru:

gdzie:

V_DS – objętość wody wtłoczonej do sieci,

V_Sp – objętość wody sprzedanej (zafakturowanej).

Z kolei wskaźnik strat dopuszczalnych WSD to wielkość strat rzeczywistych (zależna od obciążenia sieci), poniżej której podejmowanie działań diagnostycznych i lokalizacyjnych jest nieopłacalne.

Obliczenia tego wskaźnika przeprowadza się według następującego schematu: dla danego systemu dystrybucji wody (np. ulica, dzielnica) oblicza się średnią ważoną  średnicę. Dla tej średnicy określa się wskaźnik jednostkowy strat wody qsj, przyjmując dopuszczalny wskaźnik strat wody dla przewodu O 100 mm równy 0,18 m3/h×km. Faktyczny wskaźnik intensywności obciążeń sieci oblicza się ze wzoru:

gdzie:

Q_DS – objętość wody wtłoczonej do sieci [m³/d],

L_s – długość sieci w danym systemie [km].

Korzystając z powyższych obliczeń, wylicza się wskaźnik strat dopuszczalnych W_SD:

Na kolejnym etapie obliczeń należy porównać otrzymane wskaźniki:

• jeśli WNZ > 1,1 WSD, sieć uznana jest za nieszczelną i podejmuje się działania zmierzające do aktywnej kontroli wycieku,
• jeśli WNZ < WSD, sieć jest szczelna, AKW nie jest podejmowana.

Z kolei wskaźnik awaryjności sieci WAS obliczany jest ze wzoru:

gdzie:

n – liczba awarii w roku [szt.],

L – długość sieci wodociągowej [km].

Gdy WAS ≥ 5, sieć kwalifikuje się do drugiego etapu AKW.

Podsumowanie

Szczelne sieci to podstawa działań na rzecz ograniczenia strat wody. Im mniejsze straty, tym tańsza będzie woda. Największe straty przynosi woda pobrana bez zapłaty. Pozbawia przedsiębiorstwo wodociągowe przychodów, a często obciąża jeszcze kosztami jej oczyszczenia po zużyciu. Walcząc z wyciekami niekontrolowanymi, warto czasami skupić uwagę na przeciekach kontrolowanych przez nieuczciwych odbiorców.

Zdalne systemy odczytu wodomierzy poza usprawnieniem rozliczeń z odbiorcami wody i obniżeniem kosztów tego procesu ułatwiają również analizę zużycia wody w punktach jej poboru, a tym samym pomagają w działaniach mających na celu ograniczenie strat. Poziom strat wody w każdym systemie dystrybucji może być obniżony poprzez:

• wymianę stalowych rur wodociągowych (najbardziej awaryjnych) na sprawdzające się rury PEHD,
• przeglądy sieci w terenie,
• konserwację armatury w sieci wodociągowej,
• analizę minimalnych nocnych przepływów,
• aktywną kontrolę wycieków,
• szybkie usuwanie awarii,
• dążenie do utrzymywania w sieci optymalnych ciśnień (najniższych),
• wyszukiwanie punktów nielegalnego poboru wody w sieci,
• zabezpieczenie hydrantów przed kradzieżami wody.

Jak wynika z analiz funkcjonowania kilkunastu systemów wodociągowych, największy wpływ na straty wody ma stosowanie w sieci stalowych przewodów. Również zaniechanie wymiany sieci wodociągowej prowadzi do odczuwalnego zwiększenia awaryjności i strat wody. Dzięki wymianie można uniknąć wielu wycieków, nad którymi często bardzo ciężko zapanować. W miarę postępowania tych prac straty wody w systemach wodociągowych obniżają się (do pewnego poziomu).

Pod względem kosztów poszczególnych procesów redukujących straty wody najdroższa jest właśnie wymiana czy odnowa przewodów. Jest to jednak działanie nieuniknione, a zwykle nie przeprowadza się go w całej sieci, ale na wybranych fragmentach, wytypowanych jako najbardziej awaryjne.

Aby ograniczyć straty wody w systemie wodociągowym, czy też w konkretnej strefie zasilania, należy podejść do problemu systemowo. Najpierw trzeba dokładnie i rzetelnie wykonać bilans wody w oparciu o wyniki pomiarów z monitoringu przepływów, obliczyć wskaźniki techniczne, a następnie wyznaczyć ekonomiczny poziom wycieków. Ustalenie powyższych wielkości jest nieocenioną pomocą dla typowania działań do aktywnej kontroli wycieków (AKW) – naprawczych czy inwestycyjnych.

Monitoring systemu dystrybucji wody jest głównym narzędziem służącym do dokładnego określenia wielkości strat wody. Dostarcza informacji niezbędnych do oceny przepływów nocnych, sterowania i regulacji hydraulicznej sieci wodociągowej oraz przekroczeń stanów awaryjnych. Niestety, ujawnienie wszystkich nieszczelności w sieci, szczególnie małych wycieków, za pomocą monitoringu jest w praktyce niemożliwe.

Z tego powodu na równi z monitoringiem duże znaczenie dla obniżania strat wody ma aktywna kontrola wycieków, w ramach której dokonuje się przeglądów wyznaczonych obszarów sieci wodociągowej za pomocą takich urządzeń, jak rejestratory przepływów ze zdalnym przekazem danych, permalogi, geofony i korelatory.

Natomiast planując regulację pracy systemu dystrybucji wody w szerszym aspekcie, należy pamiętać o zgubnym działaniu wysokiego ciśnienia i jego nagłych wahaniach. Korzystnym rozwiązaniem jest budowa systemu zarządzania ciśnieniem. Sprawne dostarczanie wody powinno być oparte na komunikacji pompowni lub reduktorów ciśnienia z charakterystycznymi punktami sieci, wyposażonymi w przetworniki ciśnienia.

W takich przypadkach pompownie i zawory redukcyjne nie będą pracować na sztywnych nastawach, ale dostosowywać mogą wysokość ciśnienia, w określonych granicach, do aktualnych rozbiorów. Można dzięki temu łatwo minimalizować ciśnienie w godzinach nocnych, nie wywołując jego niepożądanych nagłych zmian. Na efekty działania monitoringu duży wpływ mają zastosowane urządzenia i sposób ich podłączenia, właściwie wybrane punkty pomiaru oraz rzeczywiste wykorzystanie tych danych do bezpośredniej wnikliwej analizy.

Stałemu monitoringowi nie musi podlegać cały system dystrybucji. Część sieci może być sprawdzana pod względem przepływu i ciśnienia za pomocą dostępnych przenośnych rejestratorów, które umożliwiają np. weryfikację doniesień mieszkańców o niskim ciśnieniu w sieci oraz znalezienie rejonu o zbyt wysokim ciśnieniu i wykrycie ewentualnych awarii.

Dzięki opisanym powyżej działaniom można doprowadzić do ograniczenia poziomu strat nawet do PWS = 8–10%, co jest bardzo dobrym wynikiem, potwierdzonym obecnie w kilku krajowych systemach dystrybucji. Natomiast do działań ograniczających kradzieże wody zaliczyć można:

• częste odczyty wodomierzy i kontrolę ich stanu oraz plomb (co miesiąc),
• analizę zmian zużycia wody u poszczególnych odbiorców i określenie ich przyczyn (wodomierz uszkodzony i zawyżający pobór jest przez klienta szybko reklamowany, zaniżający pobór – bardzo rzadko),
• montaż wodomierzy odpornych na magnesy neodymowe lub rejestrujących ingerencję w układ pomiarowy,
• wdrożenie systemu radiowego odczytu wodomierzy dającego możliwość rejestracji pomiaru i ingerencji w urządzenie o dowolnej porze dnia i nocy bez powiadamiania klienta,
• kontrolę w okresie letnim nieruchomości ze znaczną powierzchnią upraw i terenów zielonych (efektem jest likwidacja poborów wody przed wodomierzem).

Do działań ograniczających nieewidencjonowane pobory wody z hydrantów ppoż. należą:

• ustalenie w „Regulaminie dostarczania wody i odprowadzania ścieków” szczegółowych warunków dostarczania wody na cele przeciwpożarowe,
• eliminowanie „dzikiego” poboru z hydrantów wody na tzw. cele społecznie użyteczne, np. lodowiska, kurtyny wodne w czasie upału czy podlewanie terenów zielonych,
• wprowadzenie usługi sprzedaży wody z hydrantów opomiarowanych.

Wnioski

W celu ograniczenia strat wody powinny być prowadzone jednocześnie działania organizacyjne, remontowo-modernizacyjne oraz inwestycyjne. Konieczne są inwestycje i zakup odpowiedniego sprzętu oraz wyznaczenie pracowników, którzy zajmować się będą problemem strat wody na różnych szczeblach struktury zarządzania. Bez prawidłowego monitoringu przepływu i ciśnienia oraz operowania danymi pochodzącymi z dokładnych pomiarów nie można poprawnie ocenić strat wody.

Literatura

1. Lambert A., Hibner W., Losses from Water Supply Systems: Standard Terminology and Recommended Performance Measures, „The Blue Pages” IWA No. 10/2000.
2. Dohnalik P., Jędrzejowski Z., Efektywna eksploatacja wodociągów. Ograniczanie strat wody, LemTech, Kraków 2004.
3. Speruda S., Radecki R., Ekonomiczny poziom wycieków, Wyd. Translator, Warszawa 2003.
4. Kwietniewski M., Gębski W., Wronowski N., Monitorowanie sieci wodociągowych i kanalizacyjnych, PZITS, Warszawa 2005.
5. Grajdek P., Analiza wdrożenia monitoringu sieci wodociągowej dla miasta D, praca dyplomowa, Politechnika Śląska, Gliwice 2010.
6. Piechurski F.G., Urządzenia do rozwiązania monitoringu technicznego w sieci wodociągowej, „Napędy i Sterowanie” nr 1 i 2/2007.
7. Piechurski F.G., Wpływ modernizacji wodociągów na poprawę warunków ich eksploatacji, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2007.
8. Piechurski F.G., Monitoring sieci wodociągowej. Zadania i możliwości, „Rynek Instalacyjny” nr 11 i 12/2007.
9. Piechurski F.G., Bomersbach Z., Efekty monitoringu w eksploatacji systemu wodociągowego, materiały konferencyjne „Nowe technologie w sieciach i instalacjach wodociągowych i kanalizacyjnych”, Szczyrk 2008.
10. Piechurska M., Grajper P., Piechurski F.G., Analiza hydrauliczna osiedlowego systemu dystrybucji wody na podstawie modelowania hydraulicznego, „GIS modelowanie i monitoring w zarządzaniu systemami wodociągowymi i kanalizacyjnymi”, PZITS Warszawa, 2009.
11. Piechurski F.G., Wymiana materiałów sieci i monitoring jako sposób na obniżenie strat wody, materiały konferencyjne „Nowe urządzenia, materiały i technologie w wodociągach i kanalizacji”, Kielce, 2009.
12. Piechurski F.G., Ocena sposobów zmniejszenia strat wody na przykładzie czterech wybranych przedsiębiorstw wodociągowych i kanalizacyjnych, praca zbiorowa pod red. K. Kusia i F. Piechurskiego „Nowe technologie w sieciach i instalacjach wodociągach i kanalizacyjnych”, Gliwice 2010.
13. Piechurski F.G., Sposoby obliczania i oceny strat wody w systemach wodociągowych, „Przegląd Komunalny” nr 5/2010.
14. Piechurski F.G., Możliwości obniżenia strat wody przy zastosowaniu monitoringu na przykładzie wybranych sieci wodociągowych, „Napędy i Sterowanie” nr 5/2010.
15. Piechurski F.G., Przyczyny i skutki awarii uszkodzeń w sieci wodociągowej, „Instal” nr 4 /2011.
16. Piechurski F.G., Problemy w prawidłowej ocenie i sposoby likwidacji strat wody w systemach wodociągowych, „Hydroprezentacje XIV”, Ustroń 2011.
17. Materiały firmy Złote Runo.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!