Při zpracování generelů se vychází z prognóz změn počtu obyvatel a územního plánu. Pro účely zpracování generelu vytváříme matematický simulační model vodovodu či systému odvodnění, který ověřujeme a kalibrujeme na základě měření hydraulických a hydrologických veličin v terénu. Takto sestavený model pak pomáhá odpovědět na otázky související s návrhy opatření pro zlepšení stávajícího a výhledového stavu. Dokážeme také zjistit, jakým způsobem ovlivňuje například povodeň kanalizační síť. Obráceně, jedním z výsledků je také informace o tom, jak zatěžuje jednotná kanalizační síť recipient přepadem z odlehčovacích komor.
Abstrakt
Příspěvek se zamýšlí nad významem generelů zásobování vodou. Hlavními cíli generelu je zajištění dostatku pitné vody pro obyvatelstvo v dané lokalitě, to znamená zjištění, zda jsou dostatečné vodní zdroje, jak kvalitní vodu poskytují, zda bude potřeba úprava vody a jaká technická opatření jsou nutná pro to, abychom pitnou vodu rozvedli tam, kde je potřeba. Posuzujeme stávající stav a současně s předpovědí rozvoje lokality a vývoje odběru vody posuzujeme výhledový stav. Dalšími cíli jsou optimalizace a vylepšení stávajícího provozu. Jedná se o snížení úniků vody, zvýšení spolehlivosti zásobování vodou, snížení energetické náročnosti, snížení provozních nákladů a vylepšení kvality vody. Příspěvek se zároveň zabývá metodickými postupy k dosažení těchto cílů. Součástí širšího pohledu na generel je ještě analýza rizikových faktorů daného systému zásobování vodou a plány obnovy vodárenské infrastruktury.
Úvod
Cílem generelu je navrhnout ve střednědobém až dlouhodobém horizontu rozvoj systému zásobování vodou v dané lokalitě. Při tom vycházíme ze současného stavu. Základním předpokladem je znalost o plánovaném rozvoji města. Často můžeme vyjít z územních plánů sídla. Méně přesné bývají dlouhodobé předpovědi potřeby vody. Další postup je již exaktní – navržení takových technických opatření, aby bylo možné pitnou vodu dodávat v požadovaném množství, kvalitě a tlaku. Dílčími cíli generelu zásobování vodou je také posouzení stávající situace a navržení takových opatření, která umožní snížit ztráty vody, vylepšit kvalitu dodávané vody a optimalizovat provozní náklady, vše s ohledem na dlouhodobý rozvoj.
Význam generelu zásobování vodou je v tom, že budoucí rozvoj je postaven na solidních kořenech, na plánu a nejedná se o přílepky ke stávající síti bez posouzení jejich vlivu na celý systém a naopak.
Bilance zdrojů a potřeby vody
Prvním krokem v sestavování generelu je posouzení, zda stávající vodní zdroje jsou dostatečné z hlediska dlouhodobého rozvoje. To znamená, zda je dostatek kvalitní vody v porovnání s vývojem plánované potřeby vody v posuzované lokalitě. Současně s kvantitou posuzujeme i kvalitu vody.
Například u menšího města poblíž Prahy, které částečně využívá vodu z přivaděče pro Prahu, to znamená především ekonomickou otázku: vybudovat další vlastní zdroje, nebo nakupovat dražší vodu, která je okamžitě k dispozici?
Obdobně je nutné se zamýšlet nad tím, co se stane, když klimatické změny zapříčiní nedostatek vody. Kde se vezme voda pro zásobování vodou? V případě, že vody je opravdu nedostatek, to může vyústit v polouzavřený až uzavřený koloběh vody, tak jak je to známo například z Japonska (Gotoh, 1998) nebo v aridních zemích. Z České republiky je možné uvést také příklad, kdy může být nedostatek vody vytvořen uměle, administrativními zásahy (Finfrlová, 2009).
Současně s bilancí zdrojů vody řešíme jednak kde nalézt vhodný vodní zdroj v případě potřeby, otázky kvality vody, tj. zda je voda upravitelná a za jakých podmínek, a hodnotíme stávající úroveň ztrát vody a jejich předpokládaný vývoj.
Obr. 1 Výpočet doby zdržení vody v síti – návrh přepojení sítě zkrátil dobu zdržení o dva dny
Hydraulická kapacita systémů zásobování vodou
Základní otázkou je, zda voda doteče tam, kam chceme, bez zvláštních technických opatření, nebo bude nutné vodu přečerpávat, či naopak brzdit, nebo bude nutné přistavět další potrubí. Historicky je naší výhodou, co se týká hydraulické kapacity, poměrně předimenzovaná infrastruktura, což na druhou stranu přináší problémy s kvalitou vody. Díky vysoké spotřebě vody v osmdesátých letech jsou tak například rychlostí v potrubí Jihočeské vodárenské soustavy velmi nízké.
Setkali jsme se také s případem, kdy projektant, zřejmě ne-vodohospodář, naprojektoval vodovodní potrubí ke třem obytným domům tak, že v období večerní špičky voda tekla jen omezeně. Vyřešit takovou situaci po dokončení výstavby znamená další náklady. Výhodnější je tuto situaci eliminovat již ve fázi projektu.
Posouzení stávajícího stavu – hledání efektivnějších způsobů provozu
Posouzení stávajícího stavu hledá slabá místa v systému, jejichž zlepšení pomůže vylepšit zásobování vodou z kvantitativního, kvalitativního, bezpečnostního hlediska i z hlediska plánování obnovy infrastruktury. Současně se zamýšlíme nad okamžitými potřebami, možnostmi optimalizace systému – jako je například návrh a posouzení měřených okrsků či řízení tlaků v síti tak, aby se docílilo snížení ztrát vody. Součástí může být návrh alternativních způsobů či cest zásobování vodou v případě, že dojde k výpadku některého z hlavních prvků.
Posouzení výhledového stavu – hledání optimálních možností rozvoje
Součástí posouzení výhledového stavu je hledání optimálních způsobů rozvoje vodovodu z dlouhodobého pohledu. Odpovídáme na otázky, co je potřeba změnit či dobudovat pro to, aby byl zajištěn dlouhodobý rozvoj – urbanizace – území.
Prostředky a podklady pro sestavení generelu
Generel zásobování vodou vychází užším pojetí zejména z:
- Územního plánu a předpokladů dlouhodobého urbanistického rozvoje lokality, vývoje počtu obyvatel, struktury průmyslu, obchodu a služeb ad.
- Odhadu vývoje potřeby vody, analýzy ztrát vody a jejich vývoje
- Informací o dostupných vodních zdrojích a jejich kapacitě
- Simulačního modelu, zkalibrovaného a ověřeného ve variantě pro současný stav a výhledový stav, ideálně časově proměnného
- Návrhu opatření pro vylepšení stávajícího stavu a pro zajištění rozvoje lokality
V širším pojetí zahrnuje také:
- Analýzu a vyhodnocení rizikových faktorů a návrhy na eliminaci významným rizik
- Informace o stavu potrubí, objektů a jejich částí včetně sestavení plánů obnovy
Postupy při tvorbě generelu systémů zásobování vodou
Při tvorbě generelu vycházíme z dostupných podkladů. Z toho nejdůležitější je jednak územní plán lokality doplněný o předpokládaný urbanistický vývoj území. Ten často odhadujeme na základě zkušeností z jiných lokalit, předpokladů vývoje, přání obcí apod. Velmi zásadní jsou data od provozovatelů vodovodu. Data z GIS jsou důležitou informací o trase a parametrech potrubí, data z účetní evidence a z případné vodohospodářské evidence přinášejí důležité informace o jednotlivých objektech. Pokud tyto informace nejsou k dispozici, tvoříme nový nebo doplňujeme stávající pasport vodovodu ve formě GISu o nezbytná data. Informace z fakturace vodného a vodohospodářské evidence dávají informace o odběru vody jednotlivými přípojkami a o dlouhodobém vývoji odběru vody. Data z dispečinku pak použijeme jako okrajové podmínky při sestavování, kalibraci a ověřování simulačního modelu.
Sestavený simulační model zkalibrujeme pomocí měření kapacity požárních hydrantů. Využíváme přednostně ty požární hydranty, které jsou používané či vyhrazené pro požární odběry. Po zkalibrování a ověření modelu dostáváme model, který je možné použít pro sestavování závěrů. Při kalibraci a ověřování simulačního modelu doplňujeme převzaté informace například o:
- Zapadlé či úmyslně uzavřené uzávěry
- Jiné průměry potrubí, než je v GIS
- Chybějící části potrubí – například chybějící zokruhování
- Neznámá propojení – například přes průmyslové areály
- Černé odběry větších velikostí
- Soukromé zdroje vody napojené na veřejný vodovod bez zpětných klapek
Po ověření těchto nálezů a úpravy simulačního modelu tak, aby odpovídal skutečnosti, využijeme výsledky modelování pro posouzení jednotlivých variant a návrhy řešení.
Obr. 2 Příprava měření kapacity požárního hydrantu
Model využíváme pro simulaci jednotlivých stavů:
- Stávající stav
- Různé havarijní scénáře
- Zásobování při poruše nebo více poruchách na potrubí s velkým distribučním významem, spolupráce tlakových pásem, zásobování při výpadku důležitých objektů
- Vypouštění vniklého znečištění
- Různé scénáře pro vylepšení stávajícího provozu
- Zásobování vodou v síti rozdělené na okrsky
- Aktivní řízení tlaků v systému, snižování tlaků v síti
- Optimalizace doby zdržení vody v systému
- Stanovení významu jednotlivých rizik pro zásobování vodou
- Výhledový stav
Možnosti využití výsledků generelu
Základním výsledkem generelu je sestavení dlouhodobého plánu rozvoje systému zásobování vodou podle předpokládaného dlouhodobého urbanistického rozvoje zásobovaného území, včetně zvážení, zda dostupné zdroje vody jsou dostačující, či bude nutné hledat nové zdroje vody.
Další možností využití je optimalizace stávajícího stavu – například vybudování měřených okrsků, změna okruhové sítě na větevnou v rozvodném detailu pro vylepšení kvality vody, stanovení distribučního významu, posouzení řízení tlakových poměrů z důvodu snižování ztrát vody a z důvodu minimalizace kolísání vnitřního přetlaku s ohledem na dosažení maximální životnosti infrastruktury, zkrácení doby zdržení vody ve vodovodu.
Sestavený simulační model je dobrým nástrojem také pro operativní řízení vodovodní sítě – díky němu může provozovatel analyzovat dopady plánovaných odstávek potrubí na provoz vodovodu, předem se připravovat na to, jakým způsobem bude zásobovat vodou při vzniku poruch či havárií, či analyzovat dopad plánovaných provozních zásahů do hydrauliky sítě.
Obr. 3 Příklad on-line simulačního modelu vodovodu
Nové možnosti
Nově jsou možné věci, o kterých jsme ještě nedávno předpokládali, že jsou obtížné. Jednak on-line simulační model, který je v reálném čase napojen na dispečerské měření a který je automaticky aktualizován podle změn v GIS, se automaticky kalibruje a umožňuje tak nepřetržité sledování sítě. Za předpokladu, že dispečer zadává do simulačního modelu údaje o předpokládaném zavírání a otvírání uzávěrů a díky předpovědi odběrů je možné změnit způsob řízení provozu na proaktivní řízení alespoň tam, kde je možné předpovědět chování sítě. Součástí je také průběžné sledování velikosti úniků vody, vytipování místa úniků a zasílání informace – alarmu – do dispečerského systému. Tímto způsobem snižujeme také počet falešných alarmů.
On-line simulační model přináší informace o chování vodovodní sítě do posledního detailu.
Toto řešení přináší příležitost pro zákaznické centrum – studie chování sítě v minulosti umožňuje pracovníkům zákaznického centra pravdivěji odpovídat a reagovat na dotazy a stížnosti zákazníků.
Nově je také možná simulace hydraulických rázů v rozvodné síti, což přispívá k rychlému návrhu rychlosti uzavírání a otvírání uzávěrů při odstávkách a u velkoodběratelů. Cílem je minimalizace rázů v potrubí.
Závěr
Generel zásobování vodou je koncepčním dokumentem, který sestavujeme proto, abychom věděli, jak dobře rozvíjet vodárenskou infrastrukturu v souvislosti s rozvojem urbanistického celku, jaká jsou vhodná technická opatření a jaké budou potřeba investice. Cílem je optimalizovat budoucí investice díky koncepčnímu přístupu. Cílem generelu je budoucí optimální vynaložení finančních prostředků.
Vedlejším cílem generelu je vylepšení stávajícího provozu z hlediska řízení tlaků, snižování ztrát a vylepšování kvality vody s možnostmi snížení provozních nákladů. Výsledkem je také podrobná znalost o fungování systému zásobování vodou – zdrojů vody, čerpacích stanic, přiváděcích řadů a rozvodné sítě za normálního stavu a ve výjimečných situacích až do posledního detailu.
Nově přináší on-line simulační modely informace o chování vodovodní sítě v reálném čase až do posledního detailu. Tyto modely jsou v reálném čase napojeny na dispečerské měření a automaticky aktualizovány z GIS a automaticky kalibrovány. To umožňuje proaktivnější řízení, zákaznické centrum může takový model využít pro zkvalitnění reakce zákazníkům.
Příspěvek si neklade za cíl úplnost, spíše jde o zpřehlednění této problematiky na prostoru, který je k dispozici, a zdůraznění některých aspektů tvorby generelu.
Autor je od roku 1999 ředitelem firmy Aquion, s. r. o., předtím pracoval patnáct let na katedře zdravotního inženýrství Stavební fakulty ČVUT Praha. Má zkušenosti s generely vodovodů a kanalizací, s plány obnovy vodohospodářské infrastruktury. Firma Aquion dodává a vyvíjí SiteFlow, program pro projektování a simulační výpočty vodovodů a kanalizací.
Společnost Aquion patří mezi přední české zpracovatele generelů systémů zásobování vodou a systému odvádění splaškových a srážkových vod....