{"id":6220,"date":"2019-12-18T20:05:10","date_gmt":"2019-12-18T19:05:10","guid":{"rendered":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/artykul\/ocena-stanu-eksploatacyjnego-wybranej-sieci-wodociagowej\/"},"modified":"2022-11-16T11:58:42","modified_gmt":"2022-11-16T10:58:42","slug":"operational-evaluation-of-a-selected-water-supply-network","status":"publish","type":"artykul","link":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/article\/operational-evaluation-of-a-selected-water-supply-network\/","title":{"rendered":"Operational evaluation of a selected water supply network"},"content":{"rendered":"\n
\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

Wprowadzenie<\/strong><\/p>\n

Prawid\u0142owe i racjonalne planowanie modernizacji, renowacji i wymiany sieciowych przewod\u00f3w wodoci\u0105gowych powinno opiera\u0107 si\u0119 o kompleksow\u0105 analiz\u0119 stanu technicznego sieci. Analiza taka powinna uwzgl\u0119dnia\u0107 kwestie awaryjno\u015bci przewod\u00f3w oraz okre\u015blenie poziomu strat wody, kt\u00f3re wyst\u0119puj\u0105 we wszystkich sieciach wodoci\u0105gowych i kanalizacyjnych na ca\u0142ym \u015bwiecie [1-3]. W przypadku planowania przysz\u0142o\u015bciowego, w teorii planowane remonty powinny uprzedza\u0107 awarie wyst\u0119puj\u0105ce w przewodach przewidzianych do wymiany. W tym celu cz\u0119sto wykorzystuje si\u0119 dost\u0119pne na rynku narz\u0119dzia wspomagaj\u0105ce tworzenie plan\u00f3w renowacji poprzez przeprowadzanie analizy wielokryterialnej, modelowej analizy hydraulicznej oraz nadawanie priorytet\u00f3w obszarom (przewodom) o najpilniejszych potrzebach renowacji [4]. Jednak\u017ce, mimo nawet najbardziej dok\u0142adnej analizy stanu eksploatacyjnego sieci, nie jest mo\u017cliwe dok\u0142adne przewidzenie czasu, miejsca i zakresu awarii wodoci\u0105gowej. Wynika to z losowego charakteru awarii i szeregu potencjalnych ich przyczyn [5-7]. Dodatkowo, reakcja na wyst\u0119puj\u0105c\u0105 awari\u0119 mo\u017ce by\u0107 op\u00f3\u017aniona z uwagi na charakter wyciek\u00f3w \u2013 w pierwszej kolejno\u015bci naprawiane s\u0105 najbardziej uci\u0105\u017cliwe wycieki, powoduj\u0105ce wyp\u0142yw wody na powierzchni\u0119 lub brak dostawy wody. Wycieki mniejsze, infiltruj\u0105ce do gruntu, cz\u0119sto przez d\u0142ugi okres pozostaj\u0105 niewykryte i nienaprawione. D\u0105\u017cenia zarz\u0105dc\u00f3w sieci do eliminacji wszystkich nieszczelno\u015bci s\u0105 dodatkowo hamowane przez istnienie tzw. ekonomicznego poziomu wyciek\u00f3w, kt\u00f3rego osi\u0105gni\u0119cie powoduje, \u017ce dalsze pr\u00f3by ograniczenia wyciek\u00f3w przewy\u017cszaj\u0105 finansowo potencjalne korzy\u015bci z zaoszcz\u0119dzonej w ten spos\u00f3b wody [8]. Z drugiej strony, na przedsi\u0119biorstwach wodoci\u0105gowych ci\u0105\u017cy pewna presja spo\u0142eczna i ekologiczna do minimalizowania strat wody.<\/p>\n

Straty wody definiowane s\u0105 jako r\u00f3\u017cnica pomi\u0119dzy wod\u0105 wt\u0142oczon\u0105 do sieci, a wod\u0105 zafakturowan\u0105 [9]. Ich podstawowy podzia\u0142 obejmuje rozr\u00f3\u017cnienie na straty rzeczywiste i pozorne [10]. Prawid\u0142owo wykonana analiza wielko\u015bci strat wody w sieci wodoci\u0105gowej powinna opiera\u0107 si\u0119 o podzia\u0142 sieci na odr\u0119bne strefy opomiarowania [ang. District Meter Area DMA], umo\u017cliwiaj\u0105ce dok\u0142adn\u0105 kontrol\u0119 dop\u0142yw\u00f3w i odp\u0142yw\u00f3w wody ze strefy, a nast\u0119pnie por\u00f3wnanie tych warto\u015bci z wielko\u015bci\u0105 wody zafakturowanej [11]. Zar\u00f3wno ilo\u015b\u0107 traconej wody, jak i awaryjno\u015b\u0107 przewod\u00f3w s\u0105 parametrami indywidualnie charakteryzuj\u0105cymi ka\u017cdy system wodoci\u0105gowy. St\u0105d te\u017c by por\u00f3wnywa\u0107 ze sob\u0105 r\u00f3\u017cne systemy wodoci\u0105gowe stosowane s\u0105 liczne wsp\u00f3\u0142czynniki (awaryjno\u015bci i strat wody), umo\u017cliwiaj\u0105ce por\u00f3wnanie i ocen\u0119 stanu technicznego poszczeg\u00f3lnych sieci wodoci\u0105gowych.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Obiekt bada\u0144<\/strong><\/p>\n

Tytu\u0142ow\u0105 ocen\u0119 stanu eksploatacyjnego przeprowadzono dla przyk\u0142adowej sieci wodoci\u0105gowej zlokalizowanej w mie\u015bcie licz\u0105cym oko\u0142o 60 000 mieszka\u0144c\u00f3w. Odbiorcami wody w przewa\u017caj\u0105cej wi\u0119kszo\u015bci s\u0105 gospodarstwa domowe oraz obiekty u\u017cyteczno\u015bci publicznej (urz\u0119dy, szko\u0142y). System wodoci\u0105gowy, zaopatruj\u0105cy w wod\u0119 blisko 100% mieszka\u0144c\u00f3w miasta, charakteryzuje si\u0119 2-strefow\u0105 struktur\u0105 geometryczn\u0105 z dwoma niezale\u017cnymi uj\u0119ciami wody podziemnej. Wydzielone dwie strefy maj\u0105 charakter jedynie terytorialny i nie mog\u0105 by\u0107 traktowane indywidualnie pod wzgl\u0119dem hydraulicznym. St\u0105d, pomimo 2-strefowego charakteru, ca\u0142a sie\u0107 wodoci\u0105gowa traktowana jest jako jedna strefa opomiarowania (DMA) z uwagi na brak odpowiednich punkt\u00f3w monitoringu (brak urz\u0105dze\u0144 mierz\u0105cych nat\u0119\u017cenie przep\u0142ywu wody na granicy stref). Poszczeg\u00f3lne strefy zaopatruj\u0105 w wod\u0119 odpowiednio: 20% (strefa I) i 80% (strefa II) mieszka\u0144c\u00f3w, co sugeruje ich nier\u00f3wne obci\u0105\u017cenie hydrauliczne i powinno stanowi\u0107 podstaw\u0119 do indywidualnego ich opomiarowania. Dostawa wody do odbiorc\u00f3w zapewniana jest poprzez uk\u0142ad pompowni II stopnia wsp\u00f3\u0142pracuj\u0105cy z kilkoma zbiornikami i hydroforniami sieciowymi. \u015arednie ci\u015bnienie panuj\u0105ce w sieci wynosi 0,36 MPa, a wsp\u00f3\u0142czynnik intensywno\u015bci obci\u0105\u017cenia sieci 24,39 m3\/(d\u2219km).<\/p>\n

Najstarsze fragmenty sieci wodoci\u0105gowej zosta\u0142y wybudowane w latach 50. XX w., za\u015b najwi\u0119kszy rozw\u00f3j struktury sieci przypad\u0142 na lata 80. XX w. W 2018 roku \u0142\u0105czna d\u0142ugo\u015b\u0107 przewod\u00f3w sieci wodoci\u0105gowej bez przy\u0142\u0105czy wynosi\u0142a 315 km (przewody rozdzielcze: 229 km, przewody magistralne: 86 km), uwzgl\u0119dniaj\u0105c tak\u017ce fragmenty sieci znajduj\u0105ce si\u0119 poza administracyjnym obszarem miasta. W analizowanych latach (2014\u00f72018) sumaryczna d\u0142ugo\u015b\u0107 sieci zwi\u0119kszy\u0142a si\u0119 tylko o 4 km, co wynika z wcze\u015bniejszego obj\u0119cia zasi\u0119giem sieci ca\u0142ego miasta. Struktura materia\u0142owa sieci obejmuje g\u0142\u00f3wnie przewody z \u017celiwa szarego (44,5%) i stali (27,6%). Pozosta\u0142e materia\u0142y wykorzystane do budowy sieci to PE-HD (12,0%), PVC (10,8%), azbestocement (5,0%) i \u017celiwo sferoidalne (0,1%). W 2018 roku sie\u0107 zasila\u0142a 10800 przy\u0142\u0105czy, kt\u00f3rych \u015brednia d\u0142ugo\u015b\u0107 by\u0142a r\u00f3wna 15 m.<\/p>\n

Procentowy udzia\u0142 poszczeg\u00f3lnych materia\u0142\u00f3w w strukturze materia\u0142owej sieci wodoci\u0105gowej sugeruje jej znaczny wiek (przewaga przewod\u00f3w z \u017celiwa szarego oraz stali), co z kolei mo\u017ce przek\u0142ada\u0107 si\u0119 na wysok\u0105 awaryjno\u015b\u0107 i straty wody. W zwi\u0105zku z takim podejrzeniem, przedsi\u0119biorstwo wodoci\u0105gowe podj\u0119\u0142o decyzj\u0119 o opracowaniu kompleksowego wieloletniego planu renowacji i wymiany przewod\u00f3w, kt\u00f3re dotychczas przeprowadzane by\u0142y przypadkowo, g\u0142\u00f3wnie w sytuacjach awarii. W ramach opracowywanego planu, zasadnym by\u0142o przeprowadzenie analizy awaryjno\u015bci i strat wody w badanej sieci wodoci\u0105gowej.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Metodyka bada\u0144<\/strong><\/p>\n

Aby oceni\u0107 stan eksploatacyjny wybranej sieci wodoci\u0105gowej w pierwszej kolejno\u015bci okre\u015blono jej awaryjno\u015b\u0107. W tym celu obliczono wsp\u00f3\u0142czynniki intensywno\u015bci uszkodze\u0144 przewod\u00f3w (\u03bb) z podzia\u0142em na przy\u0142\u0105cza, przewody rozdzielcze i magistrale. Nast\u0119pnie okre\u015blono straty wody wykorzystuj\u0105c bilansowanie wed\u0142ug International Water Association (IWA) oraz metod\u0119 wska\u017anikow\u0105. Wyznaczono wska\u017aniki tradycyjnie stosowane w Polsce \u2013 procentowy wska\u017anik strat wody (PWS), jednostkowy wska\u017anik strat wody przypadaj\u0105cych na jednego mieszka\u0144ca (OWS), jednostkowy wska\u017anik strat wody przypadaj\u0105cych na kilometr d\u0142ugo\u015bci sieci (LWS), oraz wska\u017aniki zalecane przez IWA \u2013 wska\u017anik jednostkowych strat rzeczywistych, przy co najmniej 20 przy\u0142\u0105czach przypadaj\u0105cych na 1 km sieci (RLB), wska\u017anik przeciek\u00f3w infrastruktury (ILI) oraz wska\u017anik obj\u0119to\u015bci wody niedochodowej (NRWB). Ponadto wyznaczono wsp\u00f3\u0142czynnik intensywno\u015bci obci\u0105\u017cenia sieci (WNII). Zastosowane metody badawcze s\u0105 metodami standardowymi, od wielu lat stosowanymi w kraju i na \u015bwiecie [12- 15]. Dane niezb\u0119dne do przeprowadzenia oblicze\u0144 uzyskano z przedsi\u0119biorstwa zarz\u0105dzaj\u0105cego sieci\u0105. Warto\u015bci, kt\u00f3rych nie mo\u017cna by\u0142o dok\u0142adnie okre\u015bli\u0107, zosta\u0142y oszacowane na podstawie literatury [16] \u2013 przyj\u0119to, \u017ce b\u0142\u0119dy pomiar\u00f3w i odczyt\u00f3w wodomierzy stanowi\u0105 2%, a nieautoryzowana konsumpcja \u2013 0,5% zafakturowanej zmierzonej konsumpcji wody. Badaniami obj\u0119to prac\u0119 ca\u0142ej sieci wodoci\u0105gowej w latach 2014\u00f72018.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Wyniki bada\u0144 i dyskusja<\/strong><\/p>\n

Warto\u015bci wsp\u00f3\u0142czynnik\u00f3w intensywno\u015bci uszkodze\u0144 oraz odpowiadaj\u0105c\u0105 im liczb\u0119 uszkodze\u0144 oraz d\u0142ugo\u015b\u0107 poszczeg\u00f3lnych rodzaj\u00f3w przewod\u00f3w zestawiono w tabeli 1. D\u0142ugo\u015bci w poszczeg\u00f3lnych latach odnosz\u0105 si\u0119 do stanu na grudzie\u0144 danego roku, natomiast dla ca\u0142ego analizowanego okresu podano \u015bredni\u0105 arytmetyczn\u0105 d\u0142ugo\u015bci przewod\u00f3w z poszczeg\u00f3lnych lat.<\/p>\n

Podobnie jak w przypadku innych opisanych w literaturze sieci wodoci\u0105gowych [15, 17] najwi\u0119ksz\u0105 intensywno\u015bci\u0105 uszkodze\u0144 we wszystkich analizowanych latach charakteryzuj\u0105 si\u0119 przy\u0142\u0105cza wodoci\u0105gowe (0,52\u00f70,87 uszk\/(km \u00b7 rok)), a najmniejsz\u0105 przewody magistralne (0,00 \u00f7 0,05 uszk\/ (km \u00b7 rok)). Bior\u0105c pod uwag\u0119 ca\u0142y analizowany okres, intensywno\u015b\u0107 uszkodze\u0144 przy\u0142\u0105czy jest 3-krotnie wi\u0119ksza ni\u017c pozosta\u0142ych przewod\u00f3w (magistralnych i rozdzielczych razem). Nale\u017cy jednak zauwa\u017cy\u0107, \u017ce wszystkie uzyskane warto\u015bci wska\u017anika intensywno\u015bci uszkodze\u0144 spe\u0142niaj\u0105 kryteria europejskie podane w pracy [18] i s\u0105 wyra\u017anie mniejsze od warto\u015bci granicznych, wynosz\u0105cych: 1,0 uszk\/(km \u00b7 rok) dla przy\u0142\u0105czy wodoci\u0105gowych, 0,5 uszk\/(km \u00b7 rok) dla przewod\u00f3w rozdzielczych i 0,3 uszk\/ (km \u00b7 rok) dla przewod\u00f3w magistralnych.<\/p>\n

Zgodnie z przyj\u0119t\u0105 metodyk\u0105 kolejnym etapem bada\u0144 by\u0142o sporz\u0105dzenie bilans\u00f3w wody dla analizowanej sieci w poszczeg\u00f3lnych latach. Wybrane sk\u0142adniki bilans\u00f3w \u2013 ilo\u015b\u0107 wody wt\u0142oczonej do sieci (SIV), straty wody (WL), rzeczywiste straty wody (RL) oraz ilo\u015b\u0107 wody nieprzynosz\u0105cej dochodu (NRW), zestawiono w tabeli 2. Sk\u0142adniki te stanowi\u0142y podstaw\u0119 obliczenia wska\u017anik\u00f3w strat wody zestawionych w tabeli 3.<\/p>\n

Niemal wszystkie obliczone wska\u017aniki strat wody osi\u0105gn\u0119\u0142y maksymaln\u0105 warto\u015b\u0107 w 2015 r., kt\u00f3ry charakteryzowa\u0142 si\u0119 stosunkowo nisk\u0105 awaryjno\u015bci\u0105 przy\u0142\u0105czy (\u03bb = 0,58 uszk\/(km \u00b7 rok)) i ca\u0142ej sieci (\u03bb = 0,33 uszk\/(km \u00b7 rok)) w rozpatrywanym okresie. Jedynie wska\u017anik PWS osi\u0105gn\u0105\u0142 najwi\u0119ksz\u0105 warto\u015b\u0107 w 2018 r., w kt\u00f3rym awaryjno\u015b\u0107 ca\u0142ej sieci by\u0142a najwi\u0119ksza (\u03bb = 0,47 uszk\/(km \u00b7 rok)). Z kolei najmniejsze warto\u015bci wska\u017anik\u00f3w uzyskano w roku 2014, z wyj\u0105tkiem wska\u017anika NRWB zar\u00f3wno w postaci procentowej (NRWB%), jak i w przeliczeniu na 1 przy\u0142\u0105cze (NRWBconn), kt\u00f3ry osi\u0105gn\u0105\u0142 minimum w 2017 r., przy czym awaryjno\u015b\u0107 zar\u00f3wno przy\u0142\u0105czy, jak i ca\u0142ej sieci by\u0142a w latach 2014 i 2017 stosunkowo du\u017ca. W analizowanej sieci wodoci\u0105gowej nie stwierdzono wi\u0119c bezpo\u015bredniej zale\u017cno\u015bci mi\u0119dzy wielko\u015bci\u0105 strat wody a liczb\u0105 wykrytych awarii. Podobne wnioski by\u0142y ju\u017c przedstawiane w publikowanych analizach innych sieci wodoci\u0105gowych [19-20].<\/p>\n

Por\u00f3wnuj\u0105c uzyskane warto\u015bci wska\u017anik\u00f3w strat z analogicznymi wynikami dla sieci o zbli\u017conym obci\u0105\u017ceniu hydraulicznym i g\u0119sto\u015bci przy\u0142\u0105czy [20] mo\u017cna stwierdzi\u0107, \u017ce stan techniczny analizowanej sieci jest lepszy od prezentowanej w literaturze \u2013 tylko wska\u017aniki PWS i NRWB% maj\u0105 warto\u015bci por\u00f3wnywalne w obu sieciach, natomiast wska\u017aniki OWS, RLB i ILI s\u0105 znacznie mniejsze w przypadku analizowanej sieci (oko\u0142o 1,5-krotnie dla OWS i 2\u2011krotnie dla RLB i ILI). Wska\u017anik intensywno\u015bci uszkodze\u0144 jest w obu sieciach por\u00f3wnywalny.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Tab. <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tab. 1. Number of failures (N), pipes length (L), and failure rate (\u03bb) over the period 2014\u00f72018 <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Tab. <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tab. 2. Selected components of the water balance for the system over the period 2014\u00f72018 <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Tab. <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tab. 3. Water losses performance indicators in water network system over the period 2014\u00f72018 <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Fig. <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Fig. 1. Water losses in the analysed\nsystem in reference to the\nacceptable level of water losses\n[24] <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

Z kolei por\u00f3wnuj\u0105c uzyskane wska\u017aniki strat z warto\u015bciami dla dw\u00f3ch sieci o podobnej d\u0142ugo\u015bci i liczbie przy\u0142\u0105czy, lecz 2-krotnie wi\u0119kszym obci\u0105\u017ceniu hydraulicznym (sieci A i B przedstawione w pracy [21]), mo\u017cna stwierdzi\u0107 gorszy stan techniczny analizowanej sieci. Wska\u017aniki OWS, RLB i NRWB% s\u0105 wyra\u017anie wi\u0119ksze dla analizowanej sieci (RLB 1,5-krotnie, pozosta\u0142e dwa 3-krotnie), por\u00f3wnywalne s\u0105 natomiast warto\u015bci wska\u017anika ILI we wszystkich sieciach. Z drugiej strony analizowana sie\u0107 charakteryzuje si\u0119 3-krotnie mniejszym wsp\u00f3\u0142czynnikiem intensywno\u015bci uszkodze\u0144, co mo\u017ce potwierdza\u0107 wspomniany wcze\u015bniej wniosek o braku zale\u017cno\u015bci mi\u0119dzy wielko\u015bci\u0105 strat wody a liczb\u0105 wykrytych awarii.<\/p>\n

Aby pe\u0142niej oceni\u0107 stan eksploatacyjny analizowanej sieci, odniesiono wska\u017aniki ILI, RLB i LWS do opublikowanych w literaturze warto\u015bci granicznych [22-25]. Obliczone warto\u015bci wska\u017anika ILI z zakresu od 1,82 do 2,54 sugeruj\u0105:\u00a0<\/p>\n