VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta stavební Ústav vodního hospodářství obcí

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta stavební Ústav vodního hospodářství obcí Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. METODIKA HODNOCENÍ TECHNICKÉHO STAVU VODOVODNÍCH SÍTÍ METHODOLOGY OF TECHNICAL AUDIT OF WATER DISTRIBUTION NETWORK TEZE HABILITAČNÍ PRÁCE Obor: Vodní hospodářství a vodní stavby, 2010 Brno 2010

KLÍĆOVÁ SLOVA Vodovodní sítě, hodnocení technického stavu, ukazatele technického stavu, stáří potrubí, ztráty vody, poruchovost, spolehlivost KEY WORDS Water distribution network, technical audit, technical indicators, age of pipes, water losses, failure rate, reliability MÍSTO ULOŽENÍ PRÁCE Archiv PVO, Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně Ladislav Tuhovčák, 2010 ISBN 978-80-214-4200-6 ISSN 1213-418X

OBSAH 1 ÚVOD...8 2 VÝKONNOSTNÍ UKAZATELE VODÁRENSKÝCH SYSTÉMŮ...9 2.1 Provozní ukazatele, majetková evidence...9 2.2 Ukazatele vykazované ČSÚ...9 2.3 Ukazatele IWA Performance Indicators...10 2.4 Výkonnostní ukazatele projektu CARE-W...11 3 UKAZATELE TECHNICKÉHO STAVU VODOVODNÍCH SÍTÍ...11 3.1 Ztráty vody...12 3.1.1 Základní terminologie...12 3.1.2 Základní ukazatele ztrát vody a metody jejich stanovení...12 3.1.3 Ekonomické aspekty ztrát vody...14 3.1.4 Hodnocení vodovodů podle hodnoty ukazatele EIZ...15 3.2 Spolehlivost zajištění dodávky vody...16 3.2.1 Hydraulická spolehlivost...16 3.2.2 Vliv úseku na celkovou hydraulickou spolehlivost sítě...18 3.2.3 Softwarové aplikace pro stanovení hydraulické spolehlivosti vodovodní sítě...18 4 METODIKA POSUZOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU VODOVODNÍCH SÍTÍ S VYUŽITÍM METODY FMEA...20 4.1 Stanovení mezí jednotlivých kategorií vybraných ukazatelů technického stavu vodovodních sítí...21 4.1.1 Hodnocení ukazatele TU 1 stáří trubního matriálu vodovodní sítě...21 4.1.2 Hodnocení ukazatele TU 2 poruchovost vodovodní sítě...21 4.1.3 Hodnocení ukazatele TU 3 ztráty vody...22 4.1.4 Hodnocení ukazatele TU 4 tlakové poměry...23 4.1.5 Hodnocení ukazatele TU 5 vliv na kvalitu vody...23 4.2 Souhrnné hodnocení technického stavu...25 5 PŘÍPADOVÁ STUDIE - POSOUZENÍ VODOVODNÍ SÍTĚ MĚSTA PLZNĚ...26 5.1 Ztráty vody...26 6 ZÁVĚRY...29 7 LITERATURA...30 ABSTRACT...37 3

PŔEDSTAVENÍ AUTORA Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. narozen 12. října 1953 v Ostravě Zaměstnání Vzdělání Ústav vodního hospodářství obcí Fakulta stavební Vysoké učení technické v Brně Veveří 85, 602 00 Brno http:/water.fce.vutbr.cz 1968-1971 SVVŠ Ostrava 1971-1976 Ing, VUT Brno, Fakulta stavební studijní obor Vodní hospodářství a vodní stavby specializace zdravotní inženýrství 1976-1980 CSc., VUT Brno, Fakulta stavební Téma disertační práce: Automatizované systémy řízení vodárenských soustav Vybrané speciální kurzy a odborné stáže 1996 Odborná stáž Heriot-Watt University, Edinburgh, 1 měsíc 1996 Management Training Universities of England Consortium for International Activity (UNECIA), Sheffield, 2 týdny 1997 - English for Business Communication Colchester English Study Centre, Colchester, 1 měsíc 2006- Executive administrator, The Univerity of Birmingham, 2 týdny Průběh zaměstnání 11/1981-12/1988 Katedra zdrav. inženýrství, FAST VUT Brno odborný asistent 01/1989-08/1990 Hydroprojekt Brno samostatný projektant specialista 09/1990-06/1994 Ústav vodního hosp. obcí, FAST VUT Brno odborný asistent 06/1994-06/2005 Fakulta stavební, VUT v Brně vedoucí ústavu vodního hospodářství obcí 06/2005 dosud Fakulta stavební, VUT v Brně vedoucí oboru vodní hospodářství a vodní stavby vedoucí Centra dalšího vzdělávání ve vodním hospodářství 4

Odborná činnost Zahraniční projety a granty TEMPUS Project JEP 09109_95 Continuing Education Centre for the Water Industry, 1996-1998 Odpovědný řešitel za VUT Brno a organizátor speciálních kurzů pro pracovníky oboru vodní hospodářství ve spolupráci s ČVUT Praha, University of Porto, University of Valencia and Heriot-Watt University Edinburgh ETNET 21, 1999-2003 Projekt program SOCRATES tématická síť evropských university a vědeckovýzkumných institucí působících v oblasti vodního hospodářství, odpovědný řešitel za ČR, koordinator projektu TECHWARE Brusel, Belgie CARE-W Computer Aided Rehabilitation of Water Networks, 2001-2004 Projekt 5.rámcového programu EU, odpovědný řešitel za ČR Koordinátor projektu NTNU Trondheim AQUALINGUA, 2001-2003 Progam LEONARDO da VINCI, odpovědný řešitel za ČR, koordinátor projektu International Office for Water, Francie Management Committee COST C18. C19, 2005-2008 Projekt programu COST, odpovědný řešitel za ČR Koordinátor projektu: Cost Office Brussels Vybrané národní vědeckovýzkumné projekty a granty Matematické modelování při projektování a řízení provozu vodárenských distribučních systémů,1990-1992 Výzkumný úkol základního výzkumu II-5-6/06, odpovědný řešitel dílčí etapy Zavedení mezioborového studia GIS, 1994 Grant FRVŠ MŠMT, odpovědný řešitel Účast na jednáních orgánů International Water Services Association, 1999 Grant MŠMT LA 073 Program INGO, odpovědný řešitel Vývoj metod modelování a řízení vodohospodářských a dopravních systémů,1999-2004 Výzkumný záměr MŠMT CEZ 261100006 odpovědný řešitel dílčího úkolu CZ 234216 Modelování a řízení provozu vodárenských distribučních systémů Srovnávací analýza veřejných systémů zásobování vodou a vodárenských společností, 2005-2008, Projekt MŠMT OC 129 v rámci programu COST, odpovědný řešitel Riziková analýza a hodnocení rizik vodárenských distribučních systémů, 2005-2008 Projekt MŠMT OC 130 v rámci programu COST, odpovědný řešitel Centrum dalšího vzdělávání ve vodním hospodářství, 2005-2007 Projekt ESF č. CZ 04.1.03/3.2.15.1/078 v rámci programu Rozvoj lidských zdrojů odpovědný řešitel a vedoucí centra 5

Identifikace, kvantifikace a řízení rizik veřejných systémů zásobování pitnou vodu, 2007-2010, Projekt č. 2B06039 Národního programu výzkumu II, odpovědný řešitel Odpovědný zpracovatel projektů, studií a posudků 24x Členství v odborných orgánech a vědeckých radách 2x Členství v organizačním výboru světového nebo evropského kongresu, sympózia, vědecké konference 3x Členství v organizačním výboru národního nebo mezinárodního kongresu, sympózia, vědecké konference 6x Posudek zahraniční publikace nebo projektu, znalecký posudek, expertíza 7x Posudek domácí publikace nebo projektu 4x Pedagogická činnost Bakalářské studium odborný garant a vyučující 2 předmětů (Vodárenství, Čerpací stanice) Magisterské studium odborný garant a vyučující 3 předmětů z toho jeden v anglickém jazyce (Operační a systémová analýza, Vybrané statě z vodárenství, Water Supply Systems) Postgraduální doktorandské studium - odborný garant a vyučující 2 předmětů (Aplikace metod operačního výzkumu ve vodním hospodářství, Vodárenství) Kurzy CŽV evidované ČKAIT odborný garant a vyučující 11 kurzů Předseda oborové rady oboru V bakalářského a magisterského studia, člen oborové rady oboru R-realizace staveb FAST VUT Brno Člen oborové rady doktorského studijního programu oboru V FAST VUT Brno Člen komise pro státní doktorskou zkoušku nebo obhajobu disertační práce VUT Brno, Fakulta stavební, vědní obor 36-35-9 Vodní hospodářství a vodní stavby STU Bratislava, Fakulta stavební, vědní obor 36-35-9 Vodní hospodářství a vodní stavby Ústav hydrológie SAV, vědní obor 39-25-9 Hydrologia a vodné hospodárstvo Člen komise pro státní závěrečné zkoušky VUT Brno, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí 1993-dosud ČVUT Praha, Fakulta stavební, Katedra zdravotního a environmentálního inženýrství 1998-2008 STU Bratislava, Fakulta tavební, Katedra zdravotného a environmentálného inžinierstva 1996-2008 Předseda správní rady Nadačního fondu Prof.Šerka Vedoucí bakalářské práce - 9x Vedoucí diplomové práce - 63x Posudek disertační práce - 2x Školitel studenta PGDS, který získal CSc. nebo Ph.D. - 7x V současné době školitel 4 českých a 2 zahraničních studentů (Kolumbie, Sýrie) 6

Publikační činnost Články evidované na ISI Web of Knowledge hlavní autor, spoluautor - 5x Monografie, publikace hlavní autor, spoluautor vybraných kapitol - 7x Články ve sbornících z mezinárodních kongresů a konferencí hlavní autor, spoluautor - 17x Články na národních konferencích nebo na konferencích s mezinárodní účastí (vybrané) hlavní autor, spoluautor - 42x Články v odborných časopisech - hlavní autor, spoluautor - 10x Skripta, studijní opory hlavní autor, spoluautor - 6x Seznam 5 nejvýznamějších publikací (po udělení vědecké hodnosti CSc.) EISENBEIS, P., LE GAT Z., LAFFRECHINE K., LE GAUFFRE P., KONIG A., ROSTUM J., TUHOVCAK L., VALKOVIC P.: CARE-W Report D3 Models description, Bordeaux, Cemagref, 2002, 116 s. TUHOVČÁK, Ladislav, et al. Technical audit of the water distribution network. Water Science and Technology:Water Supply. 2006, 6, 5, s. 129-137 TUHOVČÁK, L.; TÓTHOVÁ, K.: Methodology of Technical and Economic Audit of Water Losses, In Water Loss 2009. Cape Town 2009, IWA International Water Association. s. 358-364. ISBN 978-1-920017-38-5 TUHOVČÁK, L.; RUČKA, J.: Hazard identification and risk analysis of water supply systems, In Strategic Asset Management of Water Supply and Wastewater Infrastructures. 1. Londýn: IWA Publishing. 2009. s. 287 298, ISBN 184-3391-86-4 TUHOVČÁK, L a kol.: Analýza rizik veřejných vodovodů, 1.vyd. Brno: CERM, 2010. 254 s. ISBN 978-80-7204-676-8 7

1 ÚVOD V posledních letech se stává stále aktuálnější otázka rekonstrukcí a obnovy vodovodních sítí. Vodovodní sítě vybudované v minulém století začínají vykazovat množství poruch a následné opravy a úniky pitné vody zvyšují náklady vodárenských společností. Tomuto trendu se vodárenské společnosti snaží čelit plánovanými rekonstrukcemi vodovodních řadů. Vyvstává ovšem otázka, pro které úseky sítě se rozhodnout při dosažení maximální efektivity investovaných finančních prostředků a jak tuto efektivitu vlastně posuzovat. Řada vlastníků infrastruktury i provozovatelů sítí si v posledních letech zpracovala nebo si nechala vypracovat studie zhodnocení technického stavu vodárenské infrastruktury. Jednotlivé výsledky těchto studií se liší dle individuálních podmínek posuzované infrastruktury např. doby výstavby, kvality provedených prací, podmínek provozování či použitých materiálů, ale zejména podle zvolené metodiky posuzování technického stavu této infrastruktury. Dle údajů SOVAK a ČSÚ činila celková délka vodovodní řadů veřejných vodovodů v roce 2008 v ČR 72 176 km Část těchto vodovodních sítí, zejména v historických centrech větších měst se v současné době blíží ke konci své technické životnosti nebo ji už dokonce překročila. Dokazují to i údaje o ztrátách vody, které činily v průměru za ČR v roce 2008 cca 19,40 % vody vyrobené k realizaci. Přesto, že se průměrná hodnota ztrát vody v ČR za posledních deset let výrazně snížila, pořád výrazně převyšuje hodnoty udávané ve většině vyspělých zemí Evropské unie, kde se ztráty vody pohybují kolem 7-8 % (Rakousko, Holandsko, Švýcarsko, SRN). Od roku 2008 ukládá zákon č.274/2001 Sb. o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a navazující vyhláška zpracovat vlastníkům vodohospodářské infrastruktury plány obnovy a na vyžádání poskytnout technický audit této infrastruktury viz. Zákon o vodovodech a kanalizacích č.274/2001 Sb., 8, odst. 12 Údaje o technickém stavu a 38 Technický audit. Z dosud provedených studií a prezentovaných plánů obnovy vyplývá, že by bylo vhodné obnovovat v průměru přibližně 1,5 2 % celkové délky vodovodní sítě. To odpovídá průměrné teoretické životnosti potrubí 50 66 let. Potřeba rekonstrukce potrubí v rozsahu 1,5 % ročně představuje zhruba 1082 km/rok celkové délky vodovodních řadů v ČR. V rámci jednotlivých měst a obcí však tato potřeba rekonstrukcí výrazně kolísá a často je potřeba obnovy časově velmi nerovnoměrná. Prakticky všechna větší města v ČR jako vlastníci vodárenské infrastruktury musí společně s provozovateli těchto systémů hledat odpovědi na otázky, které části sítí je nutno rekonstruovat, kdy, proč, jak a samozřejmě za kolik. Plán obnovy by měl být přitom zpracován tak, aby optimalizoval jednak dopad s tím spojených nákladů do ceny vodného a zároveň garantoval zajištění funkčnosti systému ke spokojenostem odběratelů. Základním podkladem pro zpracování těchto plánů obnovy je důkladná znalost technického stavu vodárenské infrastruktury. Snahou předložené práce je prezentovat jeden z možných přístupů k hodnocení technického stavu vodovodních sítí. Práce je zaměřena pouze na vodovodní sítě jako jednu z hlavních a zároveň majetkově nejrozsáhlejší část systémů veřejného zásobování pitnou vodou. Cílem je poskytnout vlastníkům a provozovatelům vodárenské infrastruktury metodiku hodnocení technického stavu vodovodních sítí, kterou by mohli použít pro srovnávací analýzu provozovaných sítí a zároveň zpracované technické hodnocení využít jako podklad pro tvorbu plánů obnovy příslušných sítí. V neposlední řadě je možno tento přístup použít i pro komplexní rizikovou analýzu vodárenských systémů. 8

2 VÝKONNOSTNÍ UKAZATELE VODÁRENSKÝCH SYSTÉMŮ Technický stav posuzovaného vodárenského systému je dán jeho historickým vývojem a schopností provozovatele identifikovat jeho skutečný stav.. Technický stav celých vodárenských systémů (zdroje, přivaděče, čerpací stanice, vodojemy, vodovodní sítě) lze hodnotit pomocí tzv. výkonnostních ukazatelů. Výkonnostní ukazatel je kvantitativní vyjádření určitého stavu, resp. výkonu posuzovaného sytému. Je prostředkem k monitorování a vyjádření (vyčíslení) jeho efektivnosti a účinnosti. Používání a určování výkonnostních ukazatelů je velmi rozšířená praxe v mnoha průmyslových odvětvích. Výkonnostní ukazatele jsou vhodným nástrojem i pro vlastníky a provozovatele vodohospodářské infrastruktury měst a obcí pro účely vyhodnocování efektivnosti jejího provozování a částečně i pro vyhodnocení technického stavu. Při použití jednotné metodiky umožňují provádět srovnávací analýzy (benchmarking) posuzovaných systémů. 2.1 PROVOZNÍ UKAZATELE, MAJETKOVÁ EVIDENCE Podle 5, zákona č.274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu, je vlastník vodovodu nebo kanalizace povinen na své náklady zajistit průběžné vedení provozní evidence. Vybrané údaje z provozní evidence je povinen bezplatně předávat vodoprávnímu úřadu. Ústřední evidenci vybraných údajů o vodovodech a kanalizacích vede ministerstvo zemědělství. Postup provádění provozní evidence je uveden ve vyhlášce č. 146/2004 Sb., kterou se mění vyhláška č. 428/2001 Sb., kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb. o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu. Vybrané údaje z provozní evidence vykazuje vlastník vodovodu nebo kanalizace odděleně pro: a) rozvodnou vodovodní síť zásobující minimálně část obce b) stavby pro úpravu vody c) stokovou síť odvádějící odpadní a srážkové vody minimálně z části obce d) čistírny odpadních vod Tyto ukazatele majetkové evidence však neumožňují poskytnout ani základní informace o aktuálním technickém stavu evidované infrastruktury. 2.2 UKAZATELE VYKAZOVANÉ ČSÚ Český statistický úřad (ČSÚ) je podle zákona č. 89 /1995 Sb., o státní statistické službě, ve znění zákona č. 411 / 2000 Sb., povinen poskytovat všechny požadované údaje se zaručením ochrany individuálních údajů. Tento úřad zajišťuje, pomocí dotazníku VH 8b-01, údaje od vodárenských společností. Dotazník má kromě titulní strany, obsahující identifikační údaje, a metodických pokynů čtyři části označené 156 (vodovody), 157 (kanalizace), 158 (kalové hospodářství) a 389 (veřejné ČOV). Ani údaje vykazované ČSU neposkytují základní informace o aktuálním technickém stavu evidované infrastruktury: Není to ani jejich cílem. Určitou souhrnnou informaci můžou dávat údaje o ztrátách vody či vlastní potřebě vody z této evidence. 9

2.3 UKAZATELE IWA PERFORMANCE INDICATORS Problematice ukazatelů vodárenských systémů se dlouhobě věnuje mezinárodní nevládní odborná organizace International Water Association (IWA). Odborná skupina Performance indicators - PI této asociace definovala a prezentovala doporučené výkonností ukazatele pro vodárenské distribuční systémy (Alegre et. al 2006). Návrh obsahuje základní terminologii a definice z oblasti bilance vody, financí a organizační struktury, popis sběru vstupních dat a míry jejich spolehlivosti. Hlavní část dokumentu tvoří kapitola Výkonnostní ukazatele obsahující úplný seznam všech 135 navržených výkonnostních ukazatelů. Návrh podrobně popisuje každou vstupní proměnnou, potřebnou pro výpočet navržených výkonnostních ukazatelů a postup výpočtu každého ukazatele včetně doporučených fyzikálních rozměrů. Na základě návrhu výkonnostních ukazatelů dle IWA byla provedena srovnávací studie, jejímž cílem bylo nejen srovnání vybraných vodárenských společností v ČR na základě tohoto návrhu, ale i snaha o návrh metodiky srovnávání výkonnostních ukazatelů vodárenských společností a systémů zásobování pitnou vodou v podmínkách ČR. Značná část vstupních dat, která jsou potřebná pro výpočet všech výkonnostních ukazatelů dle IWA, není však v ČR vůbec sledována, popřípadě je většina společností považuje za neveřejné. Realizovaná srovnávací studie obsahuje srovnání vybraných výkonnostních ukazatelů za roky 1997, 1998 a 1999. V první fázi bylo osloveno 48 vodárenských společností v ČR se žádostí o zaslání výroční zprávy za rok 1998. Z výročních zpráv byly do sestaveného dotazníku zapsány základní údaje za rok 1998 a 1997. Tento částečně vyplněný dotazník byl zaslán 42 společnostem k doplnění údajů za rok 1999 a chybějících údajů za roky předcházející. Dotazník vyplnily a zaslalo zpět celkem 23 společnosti. Z poskytnutých údajů bylo vypočteno 45 výkonnostních ukazatelů. Pro srovnání jednotlivých společností byl navržen systém bodového hodnocení. Zpracování celé studie bylo provedeno v aplikaci Microsoft Excel, pro prezentaci výsledků byl vytvořen program v jazyku Visual Basic. Výsledky této studie byly publikovány např. v (Tuhovčák, Chalupníková 2000). Pro vzájemné porovnání vodárenských společností byl navržen pětibodový systém hodnocení jednotlivých ukazatelů. U daného ukazatele se nejprve ze statistického vyhodnocení všech dostupných hodnot stanovila minimální a maximální hodnota. Interval (Min, Max) byl pak rozdělen na pět intervalů, čímž pro každý ukazatel vzniklo pět bodových tříd. Společnost tedy může za každý ukazatel získat 1 až 5 bodů. U některých ukazatelů je přiděleno 5 bodů za maximální hodnotu, u některých naopak za hodnotu minimální. Způsob hodnocení každého ukazatele byl stanoven individuálně. Pro účely realizované srovnávací studie bylo pro bodové hodnocení vybráno pouze 31 nejdůležitějších ukazatelů, a to jednak z důvodu lepší přehlednosti a menší náročnosti na zpracování a jednak proto, aby byl minimalizován počet ukazatelů, které nemohly být stanoveny v důsledku neposkytnutí vstupních dat. Primárně nebyla tato srovnávací studia zaměřena na hodnocení technického stavu provozovaných vodárenských systémů. V rámci vybraných a navržených výkonnostních ukazatelů byla prověřována zejména možnost vzájemného srovnání (benchmarking) vodárenských společností a jimi provozované vodárenské infrastruktury. Srovnávací studie tedy nebyla schopna poskytnout informace o technickém stavu a úrovni jednotlivých provozovaných vodovodů příslušnou vodárenskou společností. Přesto se již však i v rámci této studie sledovaly některé ukazatele, které mají určitou vypovídací schopnost o technickém stavu a efektivitě provozovaných systémů. 10

2.4 VÝKONNOSTNÍ UKAZATELE PROJEKTU CARE-W CARE-W je akronym projektu Computer Aided REhabilitation of Water network řešeného v rámci 5. rámcového programu vědy a výzkumu EU. Program byl řešen v období 02/2001-02/2004. Do projektu bylo zapojeno celkem 11 partnerů ze 7 evropských zemí včetně VUT v Brně zastoupeného ústavem vodního hospodářství obcí. Podrobnější informace o projektu lze nalézt (Seagrov et al. 2003). Hlavním cílem projektu bylo vytvořit podpůrný systém rozhodování při plánování obnovy vodovodních sítí. Celý projekt byl rozdělen do 6 pracovních modulů WP (Work Package). Modul WP1 byl zaměřen na výběr a metodiku hodnocení ukazatelů, které by měly být zohledněny při plánování obnovy vodovodních sítí. Pro systém evidence, stanovení a prezentaci těchto vybraných ukazatelů byl zpracován v rámci řešení projektu softwarový prostředek PI Tool. PI Tool je program, který poskytuje podporu pro evidenci, výpočet, aktualizaci a analýzu výkonnostních ukazatelů a navazujících dat při procesu plánování rekonstrukcí. Dále tento nástroj poskytuje informace o charakteru a vztazích jednotlivých ukazatelů a nabízí jejich grafické vyhodnocení včetně srovnání s doporučenými hodnotami. Program může fungovat jako samostatná aplikace či jako součást CARE-W Prototype. Výsledky ověřování a testování PI Tool v podmínkách ČR byly prezentovány v (Alegre, Tuhovčák, Vrbková, 2003). Na základě zkušeností a získaných poznatků získaných prací v odborných skupinách IWA, podílení se na projektu CARE-W i dlouhodobé spolupráci s českými vodárenskými společnostmi byla postupně vyvíjená a upřesňována v této práci prezentovaná metodika hodnocení technického stavu vodovodních sítí s návrhem vybraných ukazatelů a způsobu jejich stanovení a hodnocení. 3 UKAZATELE TECHNICKÉHO STAVU VODOVODNÍCH SÍTÍ Mezi základní ukazatele pro hodnocení technického stavu vodovodních sítí lze navrhnout skladba použitých trubních materiálů stáří vodovodních řadů ztráty vody poruchovost tlakové poměry hydraulickou spolehlivost vliv sítě na kvalitu vody V těchto tezích habilitační práce jsou stručně z protorových důvodů popsány pouze dva ukazatele a to ztráty vody a hydraulická spolehlivost vodovodních sítí. Ostatní uvedené ukazatele jsou podrobně pospány v habilitační práci. 11

3.1 ZTRÁTY VODY 3.1.1 Základní terminologie Ztráty vody při výrobě a distribuci pitné vody patří k základním provozním problémům každé vodárenské společnosti. Problematikou ztrát vody se intenzívně zabývá i International Water Association, která v poslední dekádě pořádá každé dva roky velkou mezinárodní konferenci Water Loss. Snahou odborné skupiny IWA Water Losses Task Force, jejíž je autor členem je snaha sjednotit a doporučit používání jednotných termínů a ukazatelů při hodnocení systémů zásobování vodou z tohoto pohledu ztrát vody. Tato odborná skupina navrhla nový systém bilančního vykazování ztrát vody, který již převzala řada zahraničních vodárenských společností. Navržený systém zavádí dosud u nás v bilančním vykazování nepoužívané pojmy Skutečné ztráty (real losses): ztráty vody ve vodárenském systému od zdroje až k místu měření u zákazníka. Jedná se o roční objem ztrát způsobený všemi typy úniků (skryté, zjevné) ze systému. Zdánlivé ztráty: (apparent losses): zahrnují všechny typy nepřesností spojených s měřením ve výrobě, distribuci a u zákazníka plus neautorizované odběry (krádež nebo nelegální odběr). V ČR je běžně používán bilanční systém, který pracuje s termíny Voda nefakturovaná (VNF): jedná se o rozdíl mezi ročním objemem vody vyrobené k realizaci (VVR) a vodou fakturovanou (VF) Ztráty vody (ZV): jedná se o rozdíl mezi vodou nefakturovanou (VNF) a vlastní spotřebou (VS). Systém bilančního vykazování je prezentován v ročenkách SOVAK a výročních zprávách Ministerstva zemědělství ČR. Podrobně tuto problematiku popisuje např. (Čiháková 2003). 3.1.2 Základní ukazatele ztrát vody a metody jejich stanovení K základním používaným ukazatelům ztrát vody patří: Procento vody nefakturované VNF VNFcelk VNF = 100 [%] (3.1) VVR Objem vody nefakturované VNF je vyjádřen procentuální částí z vody vyrobené k realizaci VVR. Jedná se o často používaný ukazatel v ČR. Jeho nespornou výhodou je jednoduché stanovení a nízká náročnost na vstupní data. Naopak jeho nevýhodou je nedostatečné vystižení různé skladby a charakteru vodovodní sítě a ukazatel má jen malou vypovídací schopnost o skutečném technickém stavu posuzovaného vodovodu. 12

Jednotkový únik JUVNF Jedná se objem vody nefakturované z posuzovaných vodovodních řadů.vyjádřeny v m 3 na km vodovodních řadů za rok JUVNF = VNF L přep. 3 [ m / km / rok] (3.2) L přep. = K L i i [ km] (3.3) K i DN DN i = K přřípojk 150 = 0,17 (3.4) kde L přep L i K i K přípojky přepočítaná délka sítě [km] skutečná délka sítě se stejným DN koeficient pro přepočet délky řadů koeficient pro přepočet délky přípojek Jednotkový únik je již přesnější kritérium pro vyhodnocení technického stavu sítě z pohledu ztrát vody. Jeho určitou nevýhodou je skutečnost, že musí být známa skladba sítě a ukazatel nezahrnuje vliv tlaku. Je nutno rozlišovat jednotkové úniky VNF a skutečných ztrát vody (JU). Voda nefakturovaná na přípojku - VNFP Voda nefakturovaná na přípojku je stanovena z celkového množství vody nefakturované a počtu vodovodních přípojek. VNF 10 VNFP = PP 365 3 [ l / přípojku / den] (3.5) PP počet přípojek Tento ukazatel doporučuje právě IWA. V ČR není běžně používán vzhledem k charakteru zástavby, kdy větší počet zásobovaných bytových jednotek je zásobován přes jedinou přípojku. P = Počet poruch na km - P Počet poruch na km skutečné délky sítě za rok. P L por skut. [ P / km / rok ] por (3.6) Jde o ukazatel, který může zprostředkovaně sloužit ke stanovení odhadu úniků při poruchách. Vyžaduje metodiku pro stanovení (kvalifikovaný odhad) množství vody uniklé při každé poruše. 13

Infrastructure Leakage Index - ILI Jedná se o podíl tzv. skutečných ztrát a teoreticky nevyhnutelných ztrát stanovených dle bilance IWA (kap. 2.3).. Jde o nový, bezrozměrný provozní ukazatel systému zásobování vodou vyjadřující technický stav sítě z pohledu ztrát vody, který prezentoval (Lambert 2002). ILI Hodnota ILI se stanoví = SZ TNZ [ ] (3.7) kde SZ TNZ skutečné ztráty [l/příp./den] - jde o vodu nefakturovanou bez vlastní spotřeby teoreticky nevyhnutelné ztráty [l/příp./den] závisí na hustotě přípojek a provozním tlaku. Pro přibližný výpočet teoreticky nevyhnutelných ztrát je možné využít výsledky mezinárodního průzkumu, obsahující data z 27 různých vodárenských systémů v 19 zemích - viz. Tab. 1, která prezentuje hodnoty teoreticky nevyhnutelných ztrát v závislosti na hustotě přípojek při daném průměrném provozním tlaku. (Lambert 2002) Tab. 1 Teoreticky nevyhnutelné ztráty [l/příp./den] Počet Průměrný provozní tlak [kpa] přípojek na km řadu 200 400 600 800 1000 20 34 68 112 146 170 40 25 50 75 100 125 60 22 44 66 88 110 80 21 41 62 82 103 100 20 39 59 78 98 Na základě vyhodnocení dat z let 1997 až 2001 pro 44 vodárenských společností v ČR byl odvozen vztah pro orientační stanovení ILI na základě známých hodnot jednotkových úniků VNF ILI = 1,14 + 0,01.JUVNF (3.8) kde JUVNF se zadává v m3/km.rok. Výsledky ověřování a testování ukazatele ILI v podmínkách ČR prezentovali (Tuhovčak, Vrbková 2002). 3.1.3 Ekonomické aspekty ztrát vody Pro provozovatele vodárenských systémů je nejdůležitější stanovit ekonomicky akceptovatelné hodnoty používaných ukazatelů ztrát vody. Jedná se o takové hodnoty, kdy další snižování hodnot těchto ukazatelů není již pro provozovatele ekonomicky efektivní. V rámci odborných aktivit ústavu vodního hospodářství obcí FAST VUT v Brně bylo navrženo používat k tomuto hodnocení nový ukazatel Ekonomický Index Ztrát EIZ. EIZ = EI IZ (3.9) 14

kde EI - ekonomický index a nabývá hodnot: 1,5 - voda pro posuzovaný systém je upravována dvoustupňovou úpravou a čerpána min. na výšku přesahující 50 m. v.sl. 1 - voda pro posuzovaný systém je upravována dvoustupňovou úpravou vody, ale dopravována do systému gravitačně; voda pro posuzovaný systém vyžaduje pouze dezinfekci resp. jednoduchou úpravu, ale musí být do systému čerpána, 0,5 - voda pro posuzovaný systém vyžaduje pouze dezinfekci resp. jednoduchou úpravu a je do systému dopravována gravitačně IZ - index ztrát stanovený pro každý hydraulicky samostatný vodárenský systém resp. jeho část (vodovod, tlakové pásmo) v závislosti na použitém ukazateli ztrát vody. Stanoví se dle vztahu JU IZ = 3600 (3.10) při použití ukazatele jednotkových úniků. Hodnota 3600 představuje akceptovatelnou hodnotu v m3/km.rok jednotkových úniků pro sítě ve velmi dobrém technickém stavu. Při použití ILI se použije vztahu IZ = ILI 4 (3.11) V případě použití indexu ILI lze doporučit jako technicky akceptovatelnou hodnotu tohoto ukazatele rovnou 4. 3.1.4 Hodnocení vodovodů podle hodnoty ukazatele EIZ Hodnocení ekonomické úrovně ztrát vody je pak založeno na posouzení stanovené hodnoty EIZ. Je-li EIZ >1,3 jde o vodovod, kde ztráty vody způsobují značné ekonomické provozní ztráty a je žádoucí, aby provozovatel tohoto systému provedl podrobnou analýzu příčin ztrát vody a intenzivně se zaměřil na jejich snižování, 0,8< EIZ <1,3 jde o vodovod, kde v důsledku současných ztrát vody nedochází k významným ekonomickým provozním ztrátám, EIZ < 0,8 jde o vodovod systém, kde ztráty vody jsou jak po technické tak i ekonomické stránce přijatelné a realizace dalších opatření zaměřená na snižování ztát by byla ekonomicky neefektivní. 15

3.2 SPOLEHLIVOST ZAJIŠTĚNÍ DODÁVKY VODY Teorii spolehlivosti lze charakterizovat jako technickou disciplínu, jejímž předmětem je zkoumání spolehlivosti a životnosti objektů, a to nezávisle na jejich charakteru a účelu (Votruba et al. 1999). Předměty, jejichž spolehlivost se zkoumá, mohou být nejrůznější povahy: může jít o jednoduché součástky, stroje, stavební konstrukce, ale také složité soustavy jednotlivých inženýrských sítí. Předmětem tedy může být prvek, libovolný subsystém posuzovaného systému nebo celý systém. Spolehlivost je definována jako schopnost posuzovaného systému plnit požadované funkce při dodržení stanovených hodnot provozních ukazatelů v daných mezích a v čase podle stanovených technických podmínek Spolehlivost systému je závislá na spolehlivosti jeho prvků. Spolehlivost prvků je funkcí mnoha činitelů s charakterem náhodných veličin. Každá z těchto náhodných veličina je přitom opět funkcí celé řady parametrů. Takto definovaná spolehlivost je velmi obecnou a komplexní vlastností, kterou lze popsat souhrnem řady dílčích vlastností. Některé tyto vlastnosti popisuje ČSN 01 0102 Názvosloví spolehlivosti v technice. 3.2.1 Hydraulická spolehlivost Při stanovení spolehlivosti vodovodních sítí je možné zvolit dva základní přístupy: přístup kvantitativní, přístup kvalitativní V prvním případě spolehlivost sítě chápeme jako pravděpodobnost, s jakou je síť schopna dodávat vodu spotřebitelům v požadovaném množství, v daném čase a při požadovaných dalších technických parametrech (např. tlak). Mluvíme o tzv. hydraulické spolehlivosti sítě. Při přístupu kvalitativním je spolehlivost sítě dána pravděpodobností, s jakou jsou zajištěna v místě spotřeby a v daném čase dodávka vody požadované kvality. Například u vodovodních sítí může vlivem zdržení vody v síti docházet ke snižování kvality vody v koncových odběrných uzlech sítě. Změna vybraných kvalitativních parametrů může být až na hodnoty, které nevyhovují příslušným předpisům. Mluvíme o tzv. spolehlivosti dodání vody požadované kvality. Tyto dva přístupy včetně ekonomické stránky řešení je nutné sledovat při návrhu, provozování a plánování rekonstrukci vodovodních sítí. Celková komplexní spolehlivost sítě je potom pravděpodobnost, s jakou jsou splněny oba požadavky na množství i kvalitu dopravovaného média ve všech posuzovaných uzlech sítě. Je zřejmé, že hydraulická spolehlivost i spolehlivost dodávky kvalitní vody je ovlivněna mechanickou spolehlivostí jednotlivých prvků systému, v případě vodovodních sítí mechanickou spolehlivostí jednotlivých trubních řadů, armatur, čerpadel atd. Pro účely hodnocení technického stavu vodovodních sítí je významná právě hydraulická spolehlivost a mechanická spolehlivost. Hydraulická spolehlivost je významně ovlivněna topologickou strukturou vodovodní sítě. Základy teorie hydraulické spolehlivosti vodovodních sítí založené na stochastickém přístupu popsal (Mays 1989). V ČR se poprvé uceleným článkem věnovali spolehlivosti vodovodních sítí (Kratochvíl, Šerek 1983). Podrobněji pak tuto problematiku rozvedli včetně ukázek výpočtu generování nahodilých stavů vodovodní sítě, statistického vyhodnocení hydraulickou analýzou získaných hydrodynamických tlaků v jednotlivých uzlech a z ní stanovenou spolehlivost uzlu sítě v publikaci Spolehlivost vodohospodářských děl (Votruba et al. 1993). Spolehlivost uzlu sítě definovali jako pravděpodobnost, že tlak P j v uzlu je větší nebo roven minimálnímu předepsanému tlaku P * * j v témže uzlu, který je předem stanoven pro každý spotřebitelský uzel. Tlak P j je 16

deterministická zadaná veličina, tlak P j ve spotřebitelském uzlu je náhodná odvozená (vypočtená) veličina, která je funkcí řady náhodných projektových, technologických a provozních parametrů (činitelů). Spolehlivost R j j-tého uzlu sítě je pak definována jako: R j = P [P j P j * ] = Pj max f ( P j )dpj. (3.12) P j kde P j * P j je vypočítaná nebo měřená hodnota tlaku v uzlu, je minimální předepsaná hodnota tlaku vody, která je dle * * ČSN 75 5401 P j = 0,25 MPa, do dvoupodlažní zástavby je P j = 0,15 MPa.. Činitelů ovlivňujících spolehlivost vodovodních sítí je velmi mnoho a jde o činitele značně různorodé. Pro odhad spolehlivosti systému nebo jejích prvků není možno každý z těchto činitelů analyzovat zvlášť.jsou-li parametry (činitele) prvků systému považovány za náhodné veličiny, je pro stanovení spolehlivosti prvků systému nutné znát statistické charakteristiky těchto parametrů včetně hustoty pravděpodobnosti jejich rozdělení. S jejich znalostí lze již odhadnout dílčí spolehlivost prvků. Protože statistické charakteristiky se zjišťují jen pro určitou časovou úroveň, zpravidla pro dobu, ve které je systém posuzován, hovoříme o tzv. okamžité dílčí spolehlivosti prvků systém. Ke stanovení ukazatele celkové hydraulické spolehlivosti vodovodní sítě neexistuje jednotný přístup. V literatuře např. [49], [54], [68], [70] se uvádějí různé přístupy, podle kterých lze tuto spolehlivost stanovit. Pro potřeby hodnocení technického stavu sítě lze definovat celkovou spolehlivost sítě R na základě nedodaného množství vody do sítě. Množství nedodané vody záleží na skutečném hydrodynamickém tlaku v daném uzlu, tj. odběr je funkcí tlaku. V případě, že je tlak Pj vyšší než požadovaný Pjr, je dodávka plně uspokojena a množství dodané vody je rovno potřebě spotřebitele. Qj = Qj pokud Pj Pj (3.13) a d r < kde Qj a Qj d Pj a Pj m Pj r skutečný odběr v uzlu j potřeba v uzlu j skutečný tlak v uzlu j minimální tlak v uzlu j požadovaný tlak v uzlu j Jestliže je skutečný hydrodynamický tlak Pj a mezi minimálním tlakem Pj m a požadovaným Pj r, dochází k výpočtu dodaného množství Qj a na základě poměru požadovaného Pj r a skutečného tlaku Pj a. Pj = Pjr (3.14) Pj a Qj a Qjd pokud Pjm < Pja < r Pokud je skutečný vypočtený tlak Pj a v uzlu menší než minimální tlak Pj m, není potřeba odběratele uspokojena a dodávané množství je nulové. 17

Na základě stanovení skutečných a požadovaných odběrů je možno stanovit ukazatel celkové hydraulické spolehlivosti sítě R jako Qjd Qja R = (3.15) Q j d Dále je možno ohodnotit váhami ještě jednotlivé odběratele např. dle významu (nemocnice, státní úřady atd.). R = Qjd w j Qja w j (3.16) Q j d w j R w j ukazatel celkové hydraulické spolehlivosti sítě váhový koeficient odběratele v uzlu j Vzhledem k tomu, že spolehlivosti jednotlivých uzlů sítě jsou náhodné proměnné je možno celkovou spolehlivost sítě vyhodnotit statisticky a pomocí hustoty pravděpodobnosti spolehlivostí uzlů sítě a z ní odvozené distribuční funkce stanovovat pravděpodobnost s jakou bude dosaženo požadované celkové hydraulické spolehlivosti sítě. Tento přístup prezentuje např. (Yamijala 2007). 3.2.2 Vliv úseku na celkovou hydraulickou spolehlivost sítě Významnou úlohou v problematice hydraulické spolehlivosti vodovodních sítí je ohodnocení významu jednotlivých úseků sítě v topologické struktuře sítě. Tento význam úseku označujeme jako HCI Hydraulic Criticality Index. Pokud je i-tý úsek vyřazen z provozu (např. při poruše) a lze vypočítat okamžitou spolehlivost sítě Ri, např. dle rovnice 3.16 pak HCI i = 1 - R i (3.17) Což vyjadřuje význam úseku v topologické struktuře sítě. Čím je hodnota HCI vyšší, tím je význam prvku vodovodní sítě vyšší. 3.2.3 Softwarové aplikace pro stanovení hydraulické spolehlivosti vodovodní sítě V průběhu řešení projektu CARE-W a následných odborných aktivit v této oblasti byly v rámci mnou vedených disertačních prací (Valkovič 2003) a (Viščor 2005) vyvinuty a ověřovány metody a na ně navazující softwarové aplikace RelNet a RanNet, které v rámci problematiky hydraulické spolehlivosti vodovodních sítí umožňují stanovit celkovou spolehlivost vodovodních sítí (HRI), vliv jednotlivých úseků na celkovou spolehlivost sítě (HCI) a dílčí spolehlivost jednotlivých uzlů sítě (NRI). Aplikace RelNet byla po svém otestování v rámci projektu CARE-W použita pro stanovení hodnot HCI vodovodních sítí několika velkých měst v zahraničí, např. Oslo, Las Vegas. 18

Obr. 1 Příklad výpočtu HCI části vodovodní sítě města Lausanne pomocí aplikace RelNet 19

4 METODIKA POSUZOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU VODOVODNÍCH SÍTÍ S VYUŽITÍM METODY FMEA Při hodnocení technického stavu vodovodních sítí je prováděna srovnávací analýza jednotlivých posuzovaných částí (tlakové pásmo, měřící okrsek apod.) s využitím technických ukazatelů. S ohledem na rozsah a dostupnost potřebných podkladů a dat lze doporučit v podmínkách ČR pro hodnocení technického stavu vodovodních sítí z uváděných ukazatelů v kap.3 zejména tyto základní technické ukazatele: TU 1 - stáří trubního materiálu vodovodní sítě TU 2 - poruchovost vodovodních řadů TU 3 - ztráty vody TU 4 - tlakové poměry TU 5 - vliv na kvalitu vody Navržena metodika hodnocení stanovených hodnot jednotlivých ukazatelů je založená na metodě FMEA (Failure Modes Effects and Analysis) používané u analýzy rizik. Pro každý ukazatel je podrobně uveden postup jeho stanovení a způsob jeho semikvantitativního hodnocení. Podle metody FMEA je definováno 5 základních kategorií pro hodnocení těchto ukazatelů. Podle stanovených hodnot jednotlivých ukazatelů a navrženého postupu je provedeno jejich zatřídění do těchto jednotlivých kategorií Kategorie K1 - velmi dobrý stav Tato kategorie představuje optimální stav příslušného ukazatele a nevyžaduje žádná opatření vedoucí ke změnám tohoto ukazatele. Nepředpokládá se výrazná změna hodnoty ukazatele i v delším časovém období. Kategorie K2 - dobrý stav Tato kategorie představuje nízkou míru rizika příslušného ukazatele technického stavu a nevyžaduje žádná opatření ani v blízké budoucnosti. Kategorie K3 - vyhovující stav Jedná se o průměrné hodnoty příslušného ukazatele, které však nevyžadují okamžitá řešení, ale v budoucnosti lze předpokládat změnu hodnoty ukazatele. Kategorie K4 - kritický stav Tato kategorie představuje již kritické hodnoty příslušného ukazatele. To znamená, že by měla být realizována případně plánována opatření na řešení tohoto stavu. Kategorie K5 - nevyhovující stav Tato kategorie reprezentuje nežádoucí stav a vyžaduje dle možností provozovatele okamžité řešení, které povede k dosažení lepších hodnot příslušného ukazatele. 20

Meze vymezující jednotlivé kategorie u každého ukazatele prezentované v následné kapitole 3.1 byly navrženy na základě získaných poznatků z domácí i zahraniční literatury, zkušeností z domácích i zahraničních projektů (Generel zásobování pitnou vodou města Plzeň, CARE-W, CARE-S) a odborných konzultací s domácími i zahraničními odborníky. Každý uživatel metodiky si je však může nastavit individuálně. 4.1 STANOVENÍ MEZÍ JEDNOTLIVÝCH KATEGORIÍ VYBRANÝCH UKAZATELŮ TECHNICKÉHO STAVU VODOVODNÍCH SÍTÍ 4.1.1 Hodnocení ukazatele TU 1 stáří trubního matriálu vodovodní sítě Pro hodnocení technického stavu stáří jednotlivých řadů vodovodní sítě je zpracována Tab. 2 Toto hodnocení předpokládá podrobnou databázi skladby trubního materiálu a stáří jednotlivých vodovodních řadů. Pokud není tato podrobná databáze stáří vodovodních řadů jednotlivých trubních materiálů k dispozici, lze vycházet z odhadu průměrného stáří posuzované vodovodní sítě a to pak posoudit podle Tab. 3. Pokud však v posuzované síti výrazně převažuje určitý druh trubního materiálů (víc jak 75%), pak by měla být síť posuzována podle hodnot doporučených v Tab. 2 pro příslušný trubní materiál. Tab. 2 Meze kategorií TU 5 stáří trubního materiálu Trubní materiál kategorie šedá litina tvárná litina ocel PE PVC jiný stáří od do od do od do od do od do od do K1 0 40 0 50 0 20 0 30 0 20 0 20 K2 40 60 50 70 20 40 30 50 20 40 20 30 K3 60 80 70 90 40 50 50 60 40 50 30 40 K4 80 100 90 110 50 60 60 70 50 60 40 50 K5 100.. 110.. 60.. 70.. 60.. 50.. Tab. 3 Průměrné stáří vodovodní sítě kategorie průměrné stáří od do K1 0 30 K2 30 50 K3 50 60 K4 60 80 K5 80.. 4.1.2 Hodnocení ukazatele TU 2 poruchovost vodovodní sítě Hodnocení poruchovosti vodovodních řadů je jedním ze základních ukazatelů hodnocení technického stavu. Pokud existuje databáze poruch se samostatnou evidencí poruch vodovodních řadů, armatur a přípojek, je vhodné ohodnotit každou tuto skupinu poruch samostatně. U poruch armatur (šoupátka, hydranty atd.) a přípojek je možno stanovit hranice kategorií individuálně provozovatelem (vlastníkem) podle procentuálního podílu počtu poruch za rok k celkovému počtu provozovaných armatur resp. přípojek. U uzavíracích armatur je možno procentuálně stanovit i tzv. funkčnost, tj. dostupnost nebo schopnost ovládání uzávěrů k celkovému počtu uzávěrů na 21

síti. U těchto armatur je možno doporučit pokud to provozní evidence umožňuje jejich rozdělení do skupin podle velikosti DN dle IWA do 3 základních skupin: profily do DN 100 profily DN 100 až DN 300 profily větší DN 300 Pro potřeby základního technického hodnocení je možno shrnout všechny poruchy s výjimkou poruch přípojek a stanovit poruchovost na vodovodních řadech, vyjádřenou jako počet poruch na km řadů za rok. Doporučené kategorie hodnocení tohoto ukazatele jsou uvedeny v následující Tabulce 4. Tab. 4 Průměrná poruchovost vodovodních řadů poruchovost [pp/km/rok] kategorie od do K1 0,0 0,2 K2 0,2 0,3 K3 0,3 0,5 K4 0,5 0,8 K5 0,8.. 4.1.3 Hodnocení ukazatele TU 3 ztráty vody Pro hodnocení vodovodních sítí z pohledu ztát vody jsou v ČR nejčastěji používány ukazatele VNF JUVNF - bilanční vyjádření objemu vody nefakturované za rok v procentech - jednotkové úniky vody nefakturované vyjádřené nejčastěji v m3 na kilometr řadu za rok. Pokud to provozní evidence umožňuje je vhodné u ukazatele % VNF odečíst z celkového objemu vody nefakturované vlastní spotřebu, která by neměla překročit 32% objemu vody vyrobené k realizaci. Pro posouzení technického stavu sítě je však daleko objektivnější ukazatel jednotkových úniků vody nefakturované JUVNF. Některé vodárenské společnosti v ČR počítají celkovou délku vodovodních řadů pro stanovení JUVNF přepočtenou na ekvivalentní profil DN 150. Praktické zkušenosti však ukazují, že u posuzování samostatných vodovodních sítí bez řadů HDS se rozdíly u skutečné celkové délky a přepočtené délky na profil DN 150 pohybují pouze v řádu procent. Doporučené meze hodnotících kategorií obou ukazatelů jsou uvedeny v Tabulce 5. Ukazatel % VNF zahrnuje i vlastní spotřebu a JUVNF skutečnou délku vodovodních řadů. Tab. 5 Doporučené meze kategorií vybraných ukazatelů ztrát vody kategorie TU 3.1 %VNF TU 3.2 JUVNF [m3/km.rok] od do od do K1 0 10 0 3000 K2 10 12 3000 4500 K3 12 16 4500 6000 K4 16 25 6000 8000 K5 25.. 8000.. 22

4.1.4 Hodnocení ukazatele TU 4 tlakové poměry Pro hodnocení tlakových poměrů je možno doporučit hodnocení z pohledu maximálních hydrostatických tlaků v posuzované vodovodní síti a minimálních hydrodynamických tlaků. Pokud převážná většina sítě (např. více jak 80% uzlů sítě) je pod hodnotami uváděnými v Tabulce. 6 je možno celou síť zařadit do příslušné kategorie. Tab. 6 Maximální hydrostatický tlak TU 4.1 hydrostatický tlak kategorie [m.v.sl.] od do K1 0 45 K2 45 50 K3 50 60 K4 60 70 K5 70.. Pro hodnocení z pohledu minimálních hydrodynamických tlaků je nutno mít zpracovaný podrobný kalibrovaný kvazi-dynamický (min. pro 24 hodin) hydraulický model. Posuzovaní jednotlivých uzlů sítě se pak provádí se zohledněním velikosti odběrů a průběhu hydrodynamického tlaku během dne. Tento postup je však poměrně náročný a pro potřeby posouzení technického stavu rozsáhlých tlakových pásem velmi pracný. Pokud je zpracovatel schopen odhadnout, případně na základě zpracovaného hydraulického modelu stanovit průměrný hydrodynamický tlak v posuzované síti, je možno pro vyhodnocení tohoto technického ukazatele použít doporučené hodnoty v Tab. 7. Tab. 7 Průměrný hydrodynamický tlak kategorie TU 4.2 hydrodynamický tlak [m.v.sl.] od do K1 25 40 K2 40 50 K3 50 55 K4 55 60 K5 60 25 (15 *) * V případě maximálně dvoupodlažní zástavby 4.1.5 Hodnocení ukazatele TU 5 vliv na kvalitu vody Hodnocení přímého vlivu vodovodní sítě na kvalitu vody je velmi obtížné. Takovéto přímé hodnocení vyžaduje dlouhodobý monitoring kvality vody na vstupu (napájecí uzly) do posuzovaného zásobního pásma a ve vybraných uzlech vlastní vodovodní sítě pásma. Z podílů vyhovujících vzorků k celkovému počtu provedených rozborů a vyhodnocení rozdílů u každého posuzovaného kvalitativního parametru vzorku na vstupu do pásma a v jednotlivých uzlech sítě by pak bylo možno např. porovnáním s průměrnými hodnotami národní databáze VaK ohodnotit přímý vliv sítě na kvalitu dopravované vody. 23

Pro účely ohodnocení technické stavu lze doporučit postupovat pomocí odvozených parametrů, jako je Zdroj surové vody (povrchový, podzemní) Skladba trubního materiálu Průměrné stáří vodovodní sítě) Doba zdržení vody v síti (hydraulická kapacita, minimální rychlosti) Způsob hygienického zabezpečení vody (chlór, chlórdioxid, UV atd.) V rámci této metodiky je navržen následující postup ohodnocení jednotlivých zásobních pásem pro tento technický ukazatel s potřebou zohlednit reálné poznatky provozovatele v této oblasti v posledních letech. Kategorie K1 Do této kategorie je možno zařadit řady pásma, kde převažují nekovové trubní materiály nebo tvárná litina, v síti je distribuována voda z podzemních zdrojů, systém není výrazně předimenzován a doba zdržení vody v síti není delší než 24 hodin. Kategorie K2 Do této kategorie lze zařadit zásobní pásma, kde převažují řady z tvárné litiny nebo nekovových trubních materiálů, v síti je distribuována voda z povrchových zdrojů, průměrná doba zdržení vody v přivaděči není delší než 24 hodin a jako hygienické zabezpečení je použito UV záření nebo chlordioxidu. Kategorie K3 Do této kategorie lze zařadit pásma, kde převažují řady z PE, PVC a sklolaminátu, v síti je dopravována voda z podzemních zdrojů, průměrná doba zdržení vody v síti je delší než 24 hodin a jako hygienické zabezpečení je použito chlóru, chlordioxidu, UV záření případně jiného hygienického zabezpečení nebo převažují v pásmu řady z šedé litiny a oceli, které prošly v uplynulých cca 15 letech sanací vnitřního potrubí (cementace, epoxidace), případně mechanickým čištěním vnitřního povrchu potrubí, voda z podzemních zdrojů, průměrná doba zdržení vody v přivaděči není delší než 24 hodin a jako hygienické zabezpečení je použito chlóru nebo chlordioxidu. Kategorie K4 Do této kategorie lze zařadit pásma, kde převažují řady z šedé litiny a oceli mladší 50 let, které neprošly sanací vnitřního povrchu, v síti je dopravována voda z povrchových zdrojů, 24

vodovodní řady v pásmu jsou výrazně předimenzovány, ale průměrná doba zdržení vody v síti není delší než 48 hodin. Kategorie K5 Do této kategorie lze zařadit pásma, kde převažují řady z šedé litiny a oceli starší 50 let, které neprošly sanací vnitřního povrchu ani mechanickým čištěním, v síti je dopravována voda z povrchových zdrojů, vodovodní řady v pásmu jsou výrazně předimenzovány a průměrná doba zdržení vody v síti je výrazně delší než 48 hodin, jako desinfekce je použito plynného chlóru. 4.2 SOUHRNNÉ HODNOCENÍ TECHNICKÉHO STAVU Pro souhrnné hodnocení se doporučuje zpracovat přehled hodnocení jednotlivých přiváděcích řadů, jednotlivých tlakových pásem, měřících okrsků posuzovaného systému. Souhrnné komplexní hodnocení technického stavu posuzované vodovodní sítě jediným ukazatele TS lze stanovit podle vztahu n TS = TU. W i i (4.1) 1 i= kde n - celkový počet použitých ukazatelů, TU i - je hodnota v rozmezí 1 až 5 dle hodnocení příslušného technického ukazatele TU, (1 pro hodnocení K1, 5 pro hodnocení K5) W i - je váha přiřazená příslušnému ukazateli TU i, přitom platí, že n i= 1 W = 1 (4.2) i Výsledné ohodnocení dle dosažené hodnoty TS lze pak stanovit podle Tabulky 8. Tab. 8 Kategorie ohodnocení dle hodnoty TS kategorie TS od do K1 1 1,5 K2 1,5 2,5 K3 2,5 3,5 K4 3,5 4,5 K5 4,5 5 25

5 PŘÍPADOVÁ STUDIE - POSOUZENÍ VODOVODNÍ SÍTĚ MĚSTA PLZNĚ Pro hodnocení technického stavu vodovodní sítě města Plzně byla použita prezentovaná metodika. Hodnocení technického stavu bylo zpracováno na ústavu vodního hospodářství obcí FAST VUT v Brn2 jako součást zpracovaného Generelu zásobován vodou města Plzeň [80]. S ohledem na rozsah a dostupnost potřebných podkladů bylo pro hodnocení technického stavu vodovodu po konzultaci s pracovníky Vodárny Plzeň zvoleno následujících 5 technických ukazatelů TU1 - skladba trubních materiálů TU2 - stáří trubní sítě TU3 - ztráty vody TU4 - poruchovost vodovodních řadů TU5 - tlakové poměry Meze pro jednotlivé hodnotící kategorie u každého ukazatele byly stanoveny zpracovatelem po konzultaci s pracovníky Vodárny Plzeň. Základní hodnocenou částí vodovodní sítě města Plzně každým ukazatelem bylo 5 samostatných výtlačných řadů hlavního distribučního systému (HDS) a 28 zásobních pásem definovaných pro potřeby hydraulického modelu celé sítě. Pro každé zásobní pásmo byly stanoveny hodnoty příslušného technického ukazatele a provedeno jeho zatřídění do definovaných kategorií. U ukazatelů TU3 - ztráty vody TU5 - tlakové poměry je použito ještě dílčích ukazatelů. Podle zatřídění těchto dílčích ukazatelů bylo stanoveno výsledné hodnocení příslušného technického ukazatele. Každý dílčí ukazatel má pro výsledné hodnocení stejnou váhu. Na závěr hodnocení dle příslušného technického ukazatele TU2 až TU5 je prezentována závěrečná tabulka se souhrnným hodnocením všech zájmových pásem příslušným ukazatelem a zároveň barevná schematická situace zásobních pásem. Barva každého zásobního pásma odpovídá příslušné kategorii hodnocení dle tohoto ukazatele. Na základě hodnocení jednotlivými technickými ukazateli TU2 až TU5 je pak provedeno závěrečné souhrnné hodnocení technického stavu každého zásobního pásma pomocí výsledného ukazatele TU. I v tomto závěrečném souhrnném hodnocení je každému ukazateli TU2 až TU5 přiřazena stejná váha (0,25). Jako příklad jsou zde prezentovány výsledky ukazatele TU3 Ztráty vody. 5.1 ZTRÁTY VODY Pro technické hodnocení stavu vodovodní sítě z pohledu ztrát vody byly po konzultaci s provozovatelem navrženy následující čtyři dílčí ukazatele ztrát vody: TU 3.1 VNF - procento vody nefakturované TU 3.2 JUVNF - jednotkový únik vody nefakturované (m3/km.rok) TU 3.3 ILI - Infrastructure Leakage Index TU 3.4 EIZ - Ekonomický Index Ztrát 26