Plány obnovy vodovodních sítí

Transkript

1 Plány obnovy vodovodních sítí Ing. Tomáš Kučera, Ph.D., Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. Vysoké učení technické, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, Brno Abstrakt The rehabilitation planning of water distribution networks is the typical problem for all owners and operators of water supply infrastructure. Nowadays, the water infrastructure owners in Czech republic are supposed to made financial plans of renewal of their water mains. The bad technical condition on the one hand and the lawful orders on the other hand challenge to use the complex approach in rehabilitation planning of water mains. The using of conceptual model based on detailed analysis is preferable, that means the compilation strategy for long-, middle- and short-term, so-called proactive approach. The rehabilitation planning should be made on basis of the technical and economical indicators as much as consumers demands and at last but not least on environmental needs. Úvod Plánování obnovy vodovodních sítí je v posledních třech letech aktuálním tématem v návaznosti na povinnost vlastníků vodohospodářské infrastruktury zpracovávat a realizovat plány financování obnovy počínaje rokem Cílem těchto plánů financování je stanovit objem finančních prostředků na obnovu ve výhledu následujících 10 let. Obecně lze k problematice plánování obnovy vodovodních (ale i jiných sítí) přistupovat ve třech časových horizontech: dlouhodobém, střednědobém a krátkodobém. Mimo plánované rekonstrukce stojí neplánované akce, jako jsou neodkladné opravy havárií nebo provedení opravy při nečekaném otevření povrchu komunikace kvůli opravě havárie na jiném vedení. Obsah plánů obnovy Účelem dlouhodobých plánů obnovy sítě je zpracování rámcového plánu v časovém výhledu 15 až 20 let. Hlavním úkolem je najít správný čas pro investice do obnovy sítě a minimálně udržet nebo zlepšit úroveň jejího technického a provozního stavu. Jde především o stanovení cílů obnovy a potřebných objemů investic. Strategie obnovy jsou popsány v mnoha odborných publikacích (např. Herz, 2002). Klíčovou částí dlouhodobých plánů obnovy vodovodních sítí je předpověď potřeby obnovy vodovodních sítí v budoucnosti řešená v návaznosti na historicky nerovnoměrný rozvoj vodárenských systémů. Ve vztahu ke krátkodobým plánům je nejdůležitějším výstupem posouzení různých strategických scénářů obnovy a rozsah rekonstruovaných řadů v jednotlivých letech (obr. 1). Střednědobé plány jsou sestavovány na období 3-5 let, zpracovávají se na úrovni jednotlivých částí vodovodní sítě, např. tlakových pásem či měřicích okrsků. Jednotlivé části sítě mohou být hodnoceny podle různých kriterií (Tuhovčák, Kučera a kol., 2005). Metodika je vhodná pro hodnocení celých vodovodních sítí nebo nižších celků (tlakových pásem) a umožňuje upřednostnit při provádění obnovy oblasti se špatným technickým stavem řadů. 125

2 Výstup střednědobého plánu je možné chápat jako zásobník potenciálních projektů, které by měly být postupně realizovány v souladu s objemy investic určených pro jednotlivé roky. Výše zmíněné legislativou definované plány financování obnovy lze tedy po obsahové stránce považovat spíše za dlouhodobé plány, i když časově jsou na rozmezí dlouhodobých a střednědobých plánů. Objemy investic stanovené v rámci plánů financování obnovy vycházejí zpravidla z ekonomických parametrů (dostupných finančních prostředků) a odhadované životnosti trubních materiálů (v případě vodovodních sítí). Obr. 1 Příklad výstupu dlouhodobého plánu obnovy Posledním článkem procesu plánování jsou roční plány obnovy, které by měly vycházet především z technických parametrů, tj. z ukazatelů technického stavu. Cílem ročních plánů je výběr konkrétních projektů obnovy sítě v daném roce. Technický stav vodovodních sítí Technický stav libovolného systému je v jistém smyslu vyjádření jeho efektivnosti, účinnosti a schopnosti plnit funkci v daných podmínkách, je dán historickým vývojem systému a je ovlivňován celou řadou faktorů, které se týkají návrhu, provozu, údržby a jiných vlivů. V případě vodovodní sítě se na technickém stavu podílejí zejména následující faktory: kvalita projektu, výběr vhodných materiálů a technologií, kvalita prováděných prací a dodržení navržených postupů při výstavbě resp. rekonstrukci, stáří (resp. životnost) jednotlivých částí systému, kvalita dopravované vody, dostupností finančních prostředků vlastníka (resp. provozovatele) na údržbu a rekonstrukci, způsob provozování, rozsah a kvalita údržby a rekonstrukcí. Pokud je třeba technický stav vodovodní sítě nějakým způsobem kvantifikovat, je možné k tomuto účelu definovat technické ukazatele, popř. použít některé z výkonnostních ukazatelů (např. pro kvantifikaci ztrát vody). Fyzický stav potrubí lze zjistit např. inspekcí TV kamerou, kdy jsou zjišťovány objektivní informace o stavu potrubí, netěsnosti spojů, odchylkách polohy, mechanickém opotřebení, korozi, deformaci, ovalitě, trhlinách a jiném poškození. Jiným přístupem je odhadování technického stavu metodou technických ukazatelů (Tuhovčák a kol., 2005). V této metodice jsou požívány ukazatele: stáří trubního materiálu, poruchovost, ztráty vody, tlakové poměry, hydraulickou kapacitu, vliv na kvalitu vody, stupeň protirázové ochrany. Poruchovost a ztráty vody lze označit za přímé ukazatele technického stavu, ostatní pak za nepřímé, jejichž nepříznivé hodnoty mohou indikovat špatný technický stav sítě. 126

3 Roční plány obnovy Krátkodobé plány se zpracovávají na jednotlivé kalendářní roky, proto jsou též nazývány roční. Roční plány již označují konkrétní řady, které by měly být v daném roce rekonstruovány a jsou již investičně připravovány. Účelem ročních plánů obnovy je výběr relativně malé skupiny potenciálních kandidátů na rekonstrukci korespondující s dostupnými investičními prostředky. Součástí ročního plánu by mělo být doporučení jaká technologie sanace je pro daný úsek nejvhodnější. Dále je prezentována navržená metodika ročního plánování obnovy vodovodních sítí. Navržená metodika Navržená metodika ročního plánování je dvoustupňová s vazbou na plány rekonstrukcí delších časových horizontů (obr. 1). V prvním stupni je prováděn výběr prvků pro obnovu daném roce, tento stupeň je rozdělen do následujících kroků: stanovení cílů v daném roce na základě dlouhodobého a střednědobého plánu obnovy; definice základních prvků sítě, které budou posuzovány při sestavování ročního plánu jako potenciální kandidáti na rekonstrukci; výběr kritérií pro posuzování jednotlivých prvků; stanovení a zajištění potřebných vstupních dat; výpočet hodnot kriterií a stanovení jejich významu v rozhodovacím procesu v souladu se stanovenými prioritami; použití multikriteriální optimalizační metody [1] pro výběr prvků sítě k obnově. Ve druhém stupni metodiky jsou doporučeny vhodné technologické postupy sanace pro vybrané prvky. Pro vyloučení preference řadů vyššího významu je vhodné realizovat roční plánování obnovy zvlášť pro řady hlavního distribučního systému (přiváděcí a zásobní řady) a pro rozváděcí řady. Jako základní prvek v úloze ročního plánování obnovy je uvažován tzv. projekt, což je spojitá část vodovodní sítě jeden nebo několik hydraulických úseků, mající shodné parametry. Při tvorbě projektů se vychází z topologické struktury (i s ohledem na uliční síť). Rozhodujícími parametry pro spojení úseků do projektu jsou: profil, materiál a stáří potrubí. V případě stáří potrubí je možné zahrnout do projektu úseky s rozdílem ve stáří 10 let. Dalším pomocným parametrem při tvorbě projektů může být členění spotřebiště na jednotlivé ulice, typ zástavby případně i umístění uzavíracích armatur. Za vhodnou délku řadů v jednom projektu s ohledem na provádění sanace je považováno m. Kriteria pro výběr prvků Soubor hodnotících kriterií byl sestaven tak, aby hodnoty kriterií odrážely především technický stav hodnocených řadů v projektech, jejich význam v síti, dále zájmy provozovatele sítě, zájmy odběratelů a také zájmy třetích stran jako jsou správci jiných sítí a komunikací. Při volbě kriterií bylo bráno v úvahu technické, ekonomické, sociální i zdravotní hledisko. Kriteria byla rozdělena do tří skupin: technická kriteria: poruchovost, relativní stáří, vliv na ztráty vody, vliv na kvalitu vody, tlakové poměry, významová kriteria: vliv na celkovou hydraulickou spolehlivost sítě, počet zásobených obyvatel, napojení velkoodběratele, pomocná kriteria: koordinace, kategorie komunikace, kapacita. 127

4 Každé z uvedených kriterií bylo podrobně definováno včetně způsobu jeho stanovení. Některá kriteria jsou dána výpočtem, jiná jsou hodnocena diskrétně pomocí různých ukazatelů. Z důvodu omezeného prostoru pro příspěvek dále uvádíme pro ilustraci jen jedno z kriterií. Obr. 2 Schéma procesu ročního plánování Kriterium KZ vliv na ztráty vody Ukazatele ztráty vody vždy odrážejí velikost provozních nákladů, a jakožto takové jsou vhodným ukazatelem při plánování obnovy. Ukazatele ztrát vody je prakticky nemožné vyčíslit na úrovni jednotlivých vodovodních řadů (popř. zde uvažovaných projektů), proto je kriterium vliv na ztráty vody definováno prostřednictvím dílčích faktorů (tab. 1). Toto kriterium tedy vyjadřuje předpokládaný vliv řadů projektu na skutečné hodnoty ukazatelů ztrát vody při zvážení následujících hodnocení a faktorů: hodnocení příslušné oblasti (měřicího okrsku, tlakového nebo zásobního pásma) s ohledem na jeho celkové ukazatele ztrát vody; vyhodnocení odposlechů skrytých úniků; typy spojů; hustota armatur a přípojek. Hodnota kriteria KZ je závislá na hodnocení faktorů, které nabývají tří hodnot stupňů. Na základě faktorů lze vyjádřit míru vlivu prvku na ztráty vody. Pomocí navrženého faktorového hodnocení je možné přepočítat hodnotu některého z ukazatelů ztrát vody stanoveného pro ucelenou oblast (tlakové pásmo, měřicí okresek) na jednotlivé projekty. Předpokládá se tedy znalost hodnocení uceleného oblasti podle některého z ukazatelů ztrát vody (% VNF, JÚ, ). Kriterium ztráty vody je pak vyčísleno přímo jako ukazatel ztrát vody jednotlivě pro prvky sítě (zde projekty) na základě faktorového hodnocení. 128

5 Tab. 1 Příklad možných faktorů pro kriterium ztráty vody stupeň hodnocení dílčí faktory ztrát vyhodnocení hustota přípojek typ spojů odposlechů skrytých (dfz 1 ) (dfz 2 ) úniků (dfz 3 ) BD, řídká zástavba rodinných domů jednostranná řadová zástavba RD, oboustranná zástavba samostatně stojící RD oboustranná řadová zástavba rodinných domů svařované spoje, hrdlo s integrovaným těsněním zámek, hrdlo s vkládaným těsněním hrdlo s provazcem, hrdlo s dodatečně vkládaným těsněním Pozn.: BD bytové domy, RD rodinné domy. skrytý únik nebyl lokalizován byl lokalizován skrytý úniky menšího významu byl lokalizován skrytý úniky většího významu koncentrace armatur (dfz 4 ) armatury se vyskytují pouze v koncových uzlech entity armatury se vyskytují v koncových uzlech i po trase entity vyskytuje se větší počet armatur v koncových uzlech i po trase, různé typy armatur Matematický model výběrové procedury K optimálnímu výběru projektů a jejich následnému zařazení do ročního plánu obnovy byla zvolena metoda CDA analýza shody a neshody (ozn. CDA, angl. Concordance and Discordance Analysis), která je založena na porovnávání prvků podle hodnot několika kriterií v párech. Je hodnocen rozdíl ve váhách kriterií a hodnocení prvků pomocí indexů shody a neshody. Každý prvek je srovnáván postupně se všemi ostatními. Podrobný postup metody je popsán v [4]. Výběr vhodné technologie Ve druhém stupni navržené metodiky sestavování ročních plánů obnovy je prováděn výběr skupiny vhodných technologií sanace [2] pro projekty doporučené k obnově v prvním stupni procesu. V dostupné databázi mají být nalezeny takové technologie, které vyhovují z hlediska čtyř klíčových aspektů: hydraulická kapacita, poruchovost, tlakové poměry a vliv na ztráty vody. Zobecněný vývojový diagram této rozhodovací situace je znázorněn na obr. 2. Na konci každé větve jsou uvedeny příklady vhodných technologií, které vyhovují podmínkám cesty v diagramu. Vlastní výběr vhodných technologií proběhne za postupného hodnocení dostupných technologií z hlediska vhodnosti aplikace na každém z vybraných projektů. Hodnotící procedura je založena na porovnání hodnot vybraných kriterií projektů s hodnotami kriterii technologií. Nejdříve je zvážena použitelnost technologie pro konkrétní projekt z hlediska trubního materiálu a profilu. V dalších krocích je hodnocení prováděno s ohledem na stav technických řadů v projektu vyjádřený kriterii, pomocí kterých byl projekt doporučen k sanaci. Srovnávána je shoda čtyř párů kriterií, a to od srovnání kriterií, jejichž nepříznivé hodnoty by vyžadovaly při sanaci řadu největší zásah: kapacita X změna profilu, poruchovost X statická únosnost, tlakové poměry X statická únosnost, vliv na ztráty vody X netěsnosti. 129

6 Po provedeném hodnocení je každá technologie obsažená v databázi označena jedním z příznaků: vhodná, nevhodná nebo nepoužitelná. Ve výsledku bude pro každý z projektů doporučeno několik technologií ze skupiny bezvýkopových a vždy obnova v otevřeném výkopu. Jelikož provedení a cena sanačních technologií se často v závislosti na vybraném zhotoviteli a místních podmínkách značně liší a tyto odlišnosti nelze postihnout použitými kriterii, je konkrétní rozhodnutí, která technologie bude nasazena, ponecháno na zpracovateli plánu Možnost aplikace jednotlivých technologií ovlivňují ještě některé další parametry. Je možno jmenovat např. velikost směrových a výškových lomů, vzdálenost pracovních jam nebo možnost aplikace technologie pod hladinou podzemní vody. Tyto parametry však nelze zahrnout do obecné metodiky výběru technologie, je nutné je vždy zvážit na konkrétním projektu podle místních podmínek. V neposlední řadě je nutné zvážit cenu provedené sanace. Zde je možné se řídit podle zavedeného kriteria cenový index, avšak pouze orientačně, jelikož index byl vypočítán pro modelový příklad, který nemůže postihnout všechna místní specifika. Navíc ceny sanačních technologií se neustále vyvíjí. Posledním krokem ročního plánování obnovy by tedy měla být technicko-ekonomická studie provedení sanace vybraných projektů s porovnáním ceny u doporučných technologií. Závěr Navržená metodika sestavování krátkodobých plánů obnovy vodovodních sítí vychází z dlouhodobých zkušeností Ústavu vodního hospodářství obcí v této problematice. Hlavním výstupem tohoto procesu je seznam vhodných projektů obnovy v souladu s technickým stavem vodovodní sítě a prioritami provozovatele tak, aby vymezené prostředky pro obnovu vodovodní sítě v rámci plánu financování mohly být využity co nejefektivněji. Uvedený postup je v současné době testován v reálných podmínkách na vybrané vodovodní síti. Literatura [1] BELTON, V., STEWART, T. J.: Multiple Criteria Decision Analysis: An Integrated Approach. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, ISBN X. [2] KLEPSATEL, F., RACLAVSKÝ, J.: Bezvýkopové výstavba a obnova podzemních vedení. Bratislava: JAGA, ISBN [3] KRIŠ, J. a kol.: Vodárenství I. Zásobovanie vodou. Bratislava: Vydavatelstvo STU, ISBN [4] KUČERA, T.: Multikriteriální optimalizace sestavování ročních plánů obnovy vodovodních sítí: doktorská disertační práce. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, s., 17 příloh. Školitel Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. [5] ROSHER, H. a kol.: Sanierung städtischer Wasserversorgungsnetze. Praxis Handbuch. Berlin: Verlag Bauwesen, ISBN [6] TUHOVČÁK, L.; KUČERA, T.; RUČKA, J.; SVOBODA, M. Technický audit vodovodní sítě. In VODA ZLÍN 2005, sborník IX. Mezinárodní vodohospodářské konference. Zlín: s ISBN: [7] Zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích) v platném znění. Kontakt tel.: , kucera.t@fce.vutbr.cz, tuhovcak.l@fce.vutbr.cz 130