Evropská studie Různé typy trubních systémů, resp. různých materiálů potrubí pro komunální kanalizační systémy a jejich vliv na životní prostředí po dobu životnosti potrubí
S a P Consult GmbH Konrad-Zuse-Str. 6, 44801 Bochum Německo
Finální zpráva Souhrn
Bochum, září 2006
Předmluva Zde prezentovaná „Evropská studie“ byla zpracována profesorem Dr. Ing. Steinem a společností Stein a Partner GmbH, Německo. Do projektu významně přispěla i externí Evropská odborná komise. Tato komise přínesla svůj specifický pohled na situaci kanalizačních sítí v různých evropských zemích. Tím byl zajištěn celkový srovnávací evropský pohled na projekt. Odborné znalosti poroty umožnily nastavit analytická prováděcí pravidla používaného systému „Stav kanalizace“ potřebná pro tento projekt. Jejich dohled na analytický způsob řešení projektu zajistl dosažení reprezentativních výsledků. Součástí poroty byli tito experti: • • •
Nick Orman – WRc, Swindon, Velká Británie Hans von der Jagt – Kiwa Water Research, Nieuwegein, Nizozemí Gilbert Sevensson – Chalmers University, Göteborg, Švédsko
Bochum, srpen 2005
Obsah 1. 2.
Úvod ………………………………………………………………………………. 4 Cíle ……………………………………………………………………………….. 5
3.
Přístup a model ……………………………………………………………….. 3.1. Úvod ……………………………………………………………………….. 3.2. Datová základna a analýza ………………………………………… 3.3. Generování modelových dat pomocí simulační metody Monte Carlo ……………………………………………………………… 3.4. Modelování rizik a vlivů na okolní prostředí pomocí „logických stromů“ a „neurčité – fuzzy logiky“ ………………. 3.5. Další aspekty modelování okolních vlivů ……………..………..
5 5 5 6 7 9
4.
Objasnění a výklad výsledků ……………………………………………… 9 4.1. Modelové výsledky …………………………………………………….. 9
5.
Výsledky – Německo ………………………………………………… …….. 10 5.1. Analýza dat ……………………………………………………………… 10 5.2. Definice scénářů …………………………………………………… 12 5.3. Výsledky modelování ………………………………………………… 14
6.
Výsledky – Holandsko ….…………………………………………………. 16 6.1. Analýza dat …………………………………………………………..… 16 6.2. Výsledky modelování ………………………………………………… 18
7.
Výsledky – Švédsko ………………………………………………….. ….. 20 7.1. Analýza dat …………………………………………………………..… 20 7.2. Výsledky modelování ………………………………………………. 21
8.
Závěr ……………………………………………………………………………. 23 Doplnění podle jednotlivých zemí ……………………….……………. 24
3/24
1. Úvod Splašková a dešťová kanalizace byla v Německu systematicky budována od roku 1842. Po více než jedno století se přístupné stoky stavěly převážně z pálených cihel. Na začátku 20. století našly z ekonomických důvodů uplatnění betonové stoky lité na místě. Větší část našich kanalizačních systémů není přístupná. Je tvořena prefabrikovaným potrubím z různých materiálů. Až v posledních 50 letech je používáno plastové potrubí (PVC, PVC-U, PP, PE, se skleněnou výztuží) a také potrubí vyráběné z tvárné litiny, železobetonu a PRC. Řada studií prokázala, že v Německu převládá potrubí z kameniny, betonu a železobetonu, v průměru tvoří 45% veřejných kanalizací To je dáno historicky a je potvrzeno i v zemích jako je Anglie, která také začala velmi brzy s budováním kanalizací. V zemích jako je Skandinávie nebo Austrálie kde byla výstavba kanalizace zahájena později kvůli velkým vzdálenostem a vysokým pořizovacím nákladům.se poměr trubních materiálů zcela jasně přesunuje směrem k větší převaze plastů. V soukromém sektoru (domovní přípojky) se plastové potrubí používá nyní téměř výhradně. Už několik let se zvyšuje podíl plastového potrubí i v zemích s rannými počátky rozvoje kanalizačních sítí, jako je Anglie nebo Německo. Toto zvýšení je již v kanalizační sítích patrné. Výrobci uvádějí pro toto zvýšení poměru plastového potrubí následující důvody: • • • • • • • • • •
Nízká hmotnost (snazší přeprava a manipulace bez potřeby těžkých stavebních strojů), např. pro DN 300: beton 137 kg/m, kamenina 72 kg/m, plast 8-10 kg/m Příznivá charakteristika odolnosti proti a jednotlivým složkám odpadní vody (odolnost proti a korozi) Pružné deformační chování (bez prasklin) Hydraulicky hladké materiály a menší rozměrové odchylky na spojích (méně sedimentů, nižší náklady na čištění, malé nominální rozměry potrubí (DN)) Možnost řezání na potřebnou délku a přizpůsobení místní situaci Možnost použití strojní technologie Možnost recyklace Dlouhá doba životnosti Možnost instalace oblouků, tj. úspora šachet Jednotný materiál kanalizačních systémů (stejný materiál pro potrubí, tvarovky i šachty
I když jsou plastové potrubní systémy normalizovány nebo certifikovány, stále ještě existují některé pochybnosti v otázce dlouhodobého hodnocení plastového potrubí při praktického použití. Dřívější kontroly stavu kanalizací a potrubních materiálů byly v minulosti vždy omezeny jen na beton, železobeton a kameninu, protože tvořily většinu délky potrubí kanalizačních systémů. To vedlo německé Ministerstvo pro výzkum a vzdělání (BMBF) k vypsání výzkumného projektu, který by vyhodnocením údajů národních inspekcí poskytl cenné informace o typech a četnosti poruch plastových kanalizačních systémů. Zmíněný výzkum tvoří základ prezentovaného Evropského projektu vyhodnocení ekologického dopadu zjištěných vad potrubí. Do projektu byly zahrnuty další údaje z kontrol betonových a kameninových potrubí a jejich instalačního stavu.
4/24
2. Cíle Cílem této studie je rozsáhlá analýza posouzení stavu potrubí a jeho ekologického dopadu. Bez ohledu na rozdílnost materiálů (beton, železobeton, kamenina a plast) a typy a četnost jejich poruch, byly definovány odlišnosti v jejich působení na životní prostředí – odlišné okolní účinky. Ekologické dopady jsou způsobené netěsností potrubí Jejím důsledkem je výměna vody mezi zvodnělou vrstvou a stokou ve formě průsaku směrem ven (exfiltrace) nebo dovnitř (infiltrace), závisející na poloze stoky vzhledem k hladině podzemní vody. Zěměření se na průsak vody ven nebo dovnitř se dá odůvodnit tím,, že tyto jevy přímo či nepřímo zapříčiňují vetšinu ekologických dopadů kanalizační sítě během její životnosti. V rámci tohoto projektu se do průsaku ven (exfiltrace) zařazují i záplavy z potrubí způsobované usazeninami (vodní kámen nebo sediment) na stěnách potrubí. Záplavy způsobené nesprávným dimenzováním kapacity potrubí nejsou pro tuto studii relevantní a nejsou zde uvažovány. Analýza byla provedena v těchto krocích: • Určení a porovnání počtu a četnosti vad způsobujících průsaky • Modelování rizika a ekologického dopadu vad způsobujících průsaky • Definice scénářů s různými sekundárními podmínkami • Modelování vlivu různých kanalizačních systémů na životní prostředí podle různých scénářů
3. Přístup a model 3.1.
Úvod
Obecně řečeno, přesný výpočet vlivu použitého materiálu na životní prostředí je téměř nemožný. Použitý model je založen na dvou základních principech: • ekologické dopady vad kanalizačního potrubí jsou chápány jako dopady způsobené infiltací a průsaky.. Proto jsouvvšechny další úvahy zaměřeny jen na místní účinky způsobené místními sekundárními podmínkami • Všechny modely užívají relativní nebo popisné stupnice bez jednotek pro zamezení problémů s převodem jednotek a pro možnost srovnání různých dopadů, které nemohou a neměly by být dány do přímé souvislosti. Vhodným způsobem splnění požadavku na výpočet používající proměnné různých stupnicových systémů (popisných, numerických) a jednotek je fuzzy logika - neurčitá logika.
3.2.
Datová základna a analýza
Do analýzy byla zahrnuta inspekční data z různých evropských zemí
Tabulka 1: Dostupná data Země/region
Všechna potrubí
Pevná potrubí
Pružná potrubí
Německo Holandsko Švédsko
1731,72 km 46,69 km 12,43 km
1640,83 km 30,27 km 3,07 km
90,89 km 16,42 km 9,36 km
5/24
Podíl pružného potrubí 5,25% 35,17% 75,30%
Data z Holandska a Švédska jsou analyzována s ohledem na stávající skupiny vad a porovnávána s německými údaji, které tvoří základ studie. Důvodem pro rozdílné skupiny dat mimo Německo je skutečnost, že jen v Německu jsou pravidelné kontroly požadovány zákonem. Ve všech dalších zemích se kontroly provádějí většinou pouze na žádost provozovatele nebo na základě iniciativy obce. Byly definovány tři hlavní pohledy na údaje o kanalizačních sítích: 1. četnost vadných sekcí stok v poměru k celkové délce stokové sítě 2. četnost vad na 1 km kanalizační sítě 3. četnost vad na 100 m v defektním úseku
3.3.
Generování modelových dat pomocí simulační metody Monte Carlo
V analýze ekologických dopadů věštšinou neexistuje vazba mezi konkrétní vadou potrubí objevenou inspekcí a místním sekundárním stavem. Všechny tyto vazby jsou však pro modelování ekologického dopadu podstatné a je třeba je vytvořit tak, aby napomohly správnému výsledku analýzy. K tomu slouží metoda simulace Monte Carlo.“. Za ekologické dopady jsou odpovědné tři hlavní skupiny proměnných: • charakteristika specifické vady potrubí získaná z inspekčních údajů (např. rozsah a poloha poruchy) •
charakteristika specifické vady potrubí získaná na základě odborných znalostí a hydraulického výpočtu (např. průměrný průsakový potenciál vady)
•
místní sekundární podmínky (např. propustnost půdy) definované pro různé scénáře
Obr. 1: Simulace Monte Carlo
6/24
Výsledkem simulace je stanovení vazeb mezi místními sekundárními podmínkami a charakteristikou specifiké vady potrubí.
Určení průsakových vad K určení parametrů pro simulaci Monte Carlo, které nebylo možno zjistit z inspekčních údajů, byl pružnému a pevnému potrubí jednotlivě přiřazen průměrný průsakový potenciál. Typy vad, např. BAB trhlina/prasklina (tabulka č. 2), jsou přiřazeny určitým průsakovým skupinám za účelem popisu jejich průsakového chování. Tabulka 2: Určení průsakového chování trhliny
Typ vady
Typ průsaku
Kód Trhlina BAB A B C
Nikdy Možný Vždy
Limity průsdakového potenciálu min.
max.
Velmi nízký nízký
Velmi vysoký Velmi vysoký
Prů měrný průsakový potenciál Pružná Pevná potrubí potrubí
Velmi nízky Vysoký
Nízký Velmi vysoký
Použité scénáře prokazují nepochybný ekologický dopad různých typů průsaku. Typ kanalizace je nastaven na běžnou odpadní vodu z domácnosti v městké oblasti s normální hustotou osídlení, infiltrátem je běžná podzemní voda.
3.4. Modelování rizik a vlivů na okolní prostředí pomocí „logických stromů“ a „neurčité - fuzzy logiky“ Pro fuzzy dedukce studie jsou data modelu a/nebo výstupy/průběžná data modelu představována těmito faktory: - úroveň kanalizace
-
- potenciál infiltace místo poškození - potenciál průsaku ven průsakový potenciál - typ půdy propustnost půdy - typ kanalizace hladina podzemní vody
-
druh vsakování - vliv na okolní vodu vzdálenost objektů - vliv na ČOV objekty - znečištění podzemních vod vliv na hladinu podzemní vody - znečištění půdy vliv na stabilitu stoky - ohrožení objektů
“Stromy“ rizik a vlivů na okolní prostředí Vhodným způsobem modelování působení multilaterálně propojených faktorů pro určení poteciálu ohrožení jsou logické stromy, které spojují příčiny a důsledky jednotlivých faktorů. Strom poruch popisuje všechny možné příčiny, jejich hodnoty, vztahy a typy vazeb a spojuje je v do výsledné hlavní „top“ příčiny (potenciál infiltrace/průsaku). Strom důsledků identifikuje všechny možné důsledky vyplývající z určené hlavní příčiny.
7/24
Protože všechny typy vazeb a relací lze vyjádřit procesními pravidly a protože vazby nejsou ve většině případů binární, může být diagram příčin a důsledků vzniklý spojením stromu poruch a stromu důsledků zjednodušen vícerozměrovým systémem.
Vazby proměnných ve fuzzy logice Zpracování pomocí fuzzy logiky probíhá vždy stejně, následujícím způsobem: 1. sestavení vstupních proměnných podle vektorů a funkcí příslušnosti jednotlivých proměnných 2. sestavení matice vyjadřující pravidla vazeb mezi jednotlivými proměnnými 3. Dvě vstupní proměnné této matice s příslušnými vektory určují pravidla pro další zpracování.
4. Pomocí algebraického součinu a metody těžiště se určí výsledný vektor, který je převeden do výsledné hodnoty na cílové stupnici
Obr. 2: Graf příčin a důsledků
8/24
Tento postup se provádí pro každou skupinu dat vytvořenou simulací Monte-Carlo a pro každý uzel stromu. Z dvourozměrných matic byly určeny rozsáhlé soubory vícerozměrových pravidel, které v souhrnu tvoří několik stovek pravdivých tvrzení.
3.5.
Další aspekty modelování ekologických dopadů
Životnost potrubí Protože celkový ekologický dopad analyzovaných problémů závisí na době expozice, narůstá průběžně v závislosti na době provozu kanalizačního systému. Proto se poměr mezi těmito dopady a jinými ekologickými problémy během životního cyklu potrubí mění. Průměrná doba životnosti byla v německých normách stanovena na 80 let pro všechny typy materiálů. Proto zde nejsou tyto vlivy zohledněny.
Kvalita dat Až 20% dat z kanalizační sítě je nekvalitních (inspekční data a základní data), např. díky nedokonalému kódovacímu systému, subjektivnímu hodnocení, logickým chybám, atd. Mnoho z těchto nepřesností zůstává nezjištěno, pokud není provedena TV-inspekce. Ta je však bohužel nákladná nebo nedostatečná díky špatné kvalitě obrazu nebo z jiných důvodů. Proto může být porovnání s výsledky jiných studií nebo modelů úspěšné pouze tehdy, zachováme-li relativní stupnici.
Vývoj a prognózy vad Jednotlivé vzorky potrubí jsou různého stáří, některé inspekce byly starší než 10 let. V takovém časovém rozpětí se mohly defekty zaznamenané při prohlídkách zhoršit a nové vady vzniknout díky postupnému zhoršování kvality potrubí.. Pro eliminaci těchto chyb dat je třeba všechna inspekční data zařadit do stejného časového úseku pomocí modelu přiměřeného stárnutí potrubí. Další chyby vznikají z neznalosti inspekční strategie na straně provozovatelů síti. Jestliže provozovatel vybere pro inspekci pouze staré trubky místo náhodného výběru vzorků, může se stav sítě jevit horší než ve skutečnosti je. V této studii jsou oba tyto problémy zanedbány.
Empirická znalost – znalost založená na zkušenosti Je všeobecně známo, že správně instalované stoky mají minimum defektů a nezpůsobují žádné problémy. Nicméně k nesprávné instalaci dochází z různých důvodů neustále, proto otázka: „Co se stane, když …….“ musí být zodpovězena. Navíc k defektům dochází daleko častěji a jsou podstatně závažnější v propustné půdě než v půdě méně propustné. Neexistuje však žádná metoda stanovení této vazby, protože tyto zkušenosti se nezaznamenávají. To je obecným problémem empirických zkušeností. Empirická data je možné integrovat do modelu stárnutí potrubí a do prognostického modelu.
4. Objasnění a výklad výsledků 4.1.
Modelové výsledky
Do samotného modelu byly několik tisíc datových souborů ze simulace Monte Carlo. Tyto vstupní proměnné byly zpracovány fuzzy modelem, jehož výsledkem je numerický výstup. Výstupní soubory dat představují různé kombinace vad a sekundárních podmínek podle pravděpodobnosti jejich výskytu, která je určena scénáři a analyzovanými inspekčními daty.
9/24
Aritmentický průměr všech těchto proměnných poskytuje hodnotu průměrného ekologického dopadu způsobeného průměrným defektem konkrétního typu potrubí v rámci daného scénáře při zvážení rozsahu možných vlivů. Aritmetický průměr všech vstupních faktorů a zpracování těchto hodnot v rámci modelu by zkrátilo modelovací úsilí.. Sekundární podmínky definované ve scénáři a rychlosti průsaků určené inspekční charakteristikou vady vedly k mírnému dopadu na životní prostředí u všech typů potrubí. Tento dopad je však mírný pouze proto, že rozsah možné závažnosti dopadu je velmi široký. Sekundární podmínky a jejich vliv na výsledky modelu ve skutečnosti snižují u určitých scénářů maximální možný dopad. Nejlepším příkladem většiny sekundárních podmínek je úplná absence infiltrace a tedy i absence ekologických vilvů způsobených infiltrací. Hladina podzemní vody definovaná v daném scénáři je vždy pod úrovní potrubí, což infiltraci zcela znemožňuje. Typy vad a charakteristiky potrubí jsou vždy podřízeny sekundárním podmínkám, které rozhodují o rozsahu dopadu na životní prostředí. Další metodou vizualizace modelu je normalizace jednotlivých proměnných vzhledem k maximu v rámci dané kategorie. Pro každou kategorii (například riziko průsaku) je maximum nastaveno na 1 a všichni ostatní příslušníci této kategorie se seřadí podle toho. Tento způsob prezentace dat objasňuje rozdíly mezi různými typy potrubí. Protože tyto rozdíly jsou určeny pouze typem vady a charakteristikou stoky, nemají sekundární podmínky na rozdíly mezi typy potrubí vliv. Logicky tedy musí platit, že odchylka mezi kategoriemi je (a musí být) téměř stejná. Pokud neexistuje žádný podnět (infiltrací), na rozdílu mezi typy trubek nezáleží a proto se vytráci. V některých konkrétních místních podmínkách nemusí výstup modelu odrážet skutečnou váhu proměnných různých kategorií Takové situace, jakou je například dominanující význam jednoho nebo více faktorů, nemohou být zahrnuty do všeobecného modelu, ale musí být ošetřeny převodem výsledků modelu do individuální stupnice závažnosti, kterou musí stanovit místní úřady, provozovatelé a odborníci.
5. Výsledky - Německo 5.1.
Analýza dat
Následující data a hodnoty jsou výsledkem analýzy dat dané sítě (celkem 1732 km po provedení výběru) a znázorňují symptomatický přehled dnešní situace s ohledem na materiálové skupiny potrubí. Německá i evropská kontrolní data byla převedena do kódového systému EN 13508 pomocí převodní normy, kterou stanovila německá asociace DWA (původně ATV-DVWK). Průměr je 6,8 roků pro ohebné kanalizační potrubí a 11,5 roku pro tuhá kanalizační potrubí. Nicméně je možné zanedbat stávající rozdíly, protože většina defektů, které jsou časově závislé, např. koroze nebo abraze, má pro tuto studii nepatrný význam.
10/24
Obr. 3: Rozdělení defektních úseků podle typu defektu
Obr. 4: Výskyt závad v rámci sítě průměrná hodnota
Obr. 3 ukazuje procento vadných sekcí podle typu vady. Protože každá kanalizační sekce může mít jiné typy vad, může být nahromadění všech podílů jedné materiálové skupiny vyšší než 100 %. Data jsou vypočítána jako SUMA délek všech kanálů s defekty/ SUMA délek všech kanálů Flexibilní potrubí mají u všech typů defektů souvisejících s infiltrací a průsakem ven významně nižší podíl defektních sekcí v rámci sítě než je tomu u tuhých potrubí. Počet defektů je uveden do vztahu k délce defektních částí sítě:
Obr. 5: Průměrný výskyt závad v defektních sekcích
Obr. 6: Vztah mezi rozdělením defektů a výskytem závad
11/24
Skutečný rozdíl mezi materiálovými skupinami je rozdíl ve frekvenci výskytu závad v rámci celé sítě. Hlavním faktorem při posuzování dopadů na životní prostředí určité materiálové skupiny může být individuální defektní chování s ohledem na průsak v kombinaci s výskytem závad v síti. Zejména u tuhého potrubí mají defektní typy, které jsou nejzávažnější ve vztahu k průsaku, vysokou pravděpodobnost výskytu v celé síti a vysokou četnost výskytu v rámci defektních sekcí. Frekvence vad a pravděpodobnost výskytu je zjevně nižší u flexibilního potrubí, a proto mají nižší frekvenci průsaku.
5.2.
Definice scénářů Následující tabulka 3 uvádí rozdíly mezi jednotlivými použitými scénáři Tabulka 3: Definice scénářů Scénář
Úroveň kanalizace
Propustnost půdy
Pobřežní region 1 Oddílná kanalizace
Režim Rozpětí
1/3 ¼ -½
Režim Rozpětí
2
Severní nížiny Oddílná kanalizace
Režim Rozpětí
1/3 ¼- ½
Režim Rozpětí
3
Oblast pahorkatiny Oddílná kanalizace
Režim Rozpětí
1/3 1/3-2/3
Režim Rozpětí
4
Severní nížiny Jednotná kanalizace
Režim Rozpětí
1/3 1/3-2/3
Režim Rozpětí
5
Jižní nížiny Jednotná kanalizace
Režim Rozpětí
1/3 1/3-2/3
Režim Rozpětí
6
Oblast pahorkatiny Jednotná kanalizace
Režim Rozpětí
1/3 1/3-2/3
Režim Rozpětí
7
Oblast pahorkatiny Jednotná kanalizace
Režim Rozpětí
1/3 1/3-2/3
Režim Rozpětí
Střední Nízká-vysoká Vysoká Nízká-velmi vysoká Střední Velmi nízká – velmi vysoká Vysoká Nízká-velmi vysoká Vysoká Velmi nízká – velmi vysoká Střední Velmi nízká – velmi vysoká Střední Velmi nízká vysoká
Hladina podzemní vody Režim Rozpětí Režim Rozpětí Režim Rozpětí Režim Rozpětí Režim Rozpětí Režim Rozpětí Režim Rozpětí
V ose Pod dnem - nad korunou V ose Pod dnem - nad korunou Dno Hodně pod dnem potrubí–nad korunou V ose Pod dnem - nad korunou Dno Pod dnem-nad korunou Pod dnem Hodně pod dnem potrubí–nad korunou Pod dnem Hodně pod dnem potrubí–nad korunou
Sedm uvedených německých scénářů řeší německou situaci reprezentativně, oblasti jsou seřazeny do skupin podle hydrogeologické situace, hustoty obyvatelstva a kanalizačního systému.
12/24
Obr. 7: Hustota osídlení v Německu
Obr. 8: Hydrogeologická situace v Německu
Čísla odpovídají geografickým datům použitým pro definici scénáře. Obr. 7, hustota obyvatelstva, je jedním z indikátorů pro podíl na celkové délce sítě v různých regionech. Hydrogeologická mapa obr. 8 poskytuje informace o pomocných podmínkách v různých regionech. Zde lze stanovit hladinu podzemní vody a typ půdy pro různé scénáře.
Obr. 9: Podíl soustavy jednotné kanalizační sítě v Německu
13/24
Obr. 10: Hustota kanalizační sítě v Německu
Všechna tato geografická referenční data byla převedena do geografického informačního systému pro určení německých scénářů i průměrného dopadu flexibilních/tuhých potrubních systémů na životní prostředí způsobených průsakem ven/infiltrací v Německu: Tabulka 4: Celkový podíl definovaných scénářů na německé kanalizační síti
1 2 3 4 5 6 7
5.3.
Scénář Pobřežní region – oddílná kanalizace Severní nížiny - oddílná kanalizace Oblast pahorkatiny - oddílná kanalizace Severní nížiny – jednotná kanalizace Jižní nížiny – jednotná kanalizace Oblast pahorkatiny – jednotná kanalizace Oblast pahorkatiny – jednotná kanalizace
Celkový podíl 3,69% 25,91% 11,40% 7,99% 13,82% 18,56% 18,60%
Výsledky modelování
Různé scénáře vedly k různým výsledkům, proto je nutné zvážit různé pomocné podmínky. Ke stanovení skutečného rozdílu dopadu sítě tuhého nebo flexibilního potrubí na životní prostředí je nutné uvést výsledky modelu, které jsou založeny na průměrném defektu materiálové skupiny, do vztahu k průměrnému výskytu závad sítě tím, že je přizpůsobíme stupnici normalizovaného výskytu závad, a tím dopad poklesne dramaticky ve prospěch flexibilního potrubí.
Obr. 11: Ekologický dopad průměrné německé závady způsobující infiltraci/ průsak ven v rámci celého rozsahu závažnosti možného dopadu - s ohledem na četnost závad
Obr. 12: Ekologický dopad průměrné německé závady způsobující infiltraci/ průsak ven v rámci relativního rozsahu závažnosti možného dopadu - s ohledem na četnost závad
14/24
Obr. 11 uvádí absolutní stupnici a obr. 12 ukazuje relativní stupnici ekologického dopadu způsobeného infiltrací/průsakem ven. Flexibilní potrubí má lepší výsledky pokud jde o ekologický dopad způsobený infiltrací/průsakem ven. Průměrná vada má menší průsak a frekvence výskytu je nižší. Tabulka 5: Přehled výsledků Typ potrubí Pružné potrubí Tuhé potrubí
Průměrný výskyt poruch 8,45 poruch na 1 km 50,26 poruch na 1 km
Normový výskyt poruch 0,17 1
Jestliže jsou sekundární podmínky dominantním faktorem, vztah rozdílu flexibilních a tuhých trubních systémů v rámci nezávislých scénářů zůstává stejný. Jakmile je stanoven čistý podíl samostatných scénářů, je možné vytvořit sumu průměrných ekologických dopadů pro Německo (Obr. 13). Dopady na čistírnu odpadních vod (ČOV), stabilitu kanalizace a recipient jsou podle provozovatelů sítě nejkritičtější ze všech dopadů. Dopady na hladinu podzemní vody kolísají (nedostatečně fungující systémy mohou zvýšit hladinu podzemní vody a poškodit objekty) a tudíž jsou dominantní dopady způsobené infiltrací/průsakem ven.
Obr. 13: Ekologický dopad průměrné německé závady způsobující infiltraci/průsak ven v rámci relativního rozsahu závažnosti dopadu - vezmeme-li v úvahu četnost výskytu závad a přitěžující výsledky scénáře podle čistého podílu.
15/24
6. Výsledky - Holandsko 6.1.
Analýza dat
Holandská kontrolní data byla dodatečně revidována kvůli stanovení rozdílu ve vyhodnocení defektů. Existuje významná úroveň shody, rozdíly v indikacích byly podle techniků způsobeny malým interpretačním rozlišením nebo chybějícím popisem defektů, např. kód pro vadné napojení není zaznamenán v protokolech, i když je uveden na TV záznamu
(Obr. 19).
Obr. 14: Výsledek revize holandské TV inspekce
Obr. 15: Holandské BBF (infiltrace) S&P: dodatečné BAH (vadné napojení)
Podle holandského odborníka, pana van der Jagta, vyplývá vysoký podíl infiltračních závad (BBF) z nesprávného vyhodnocení defektu ze strany inspektorů, protože většina indikací měla být vyhodnocena jako vadné napojení (BAH); jde o závadu, která je problémem hromadné instalace a chybějícího dozoru. Dalším problémem, který je otázkou kvality, jsou posunuté spoje.
16/24
Obr. 16: Rozdělení defektních sekcí podle typu defektu
Obr. 18: Průměrný výskyt závad ve vadných sekcích
Obr. 17: Výskyt závad v rámci sítě - průměrná hodnota sítě
Obr. 19: Vztah mezi rozdělením defektů a výskytem závad
Obr. 16 až 19 ukazují výsledky analýz, které byly provedeny na potrubí v rámci německého šetření.
17/24
6.2.
Výsledky modelování
Obr. 20: Srovnání výskytů závad na německých a holandských kanalizačních sítích
Protože holandská databáze byla příliš malá pro modelování, byla německá data přizpůsobena pro Nizozemí. Srovnání výsledků analýz z Německa a Nizozemí: je zřejmé, že výskyt závad v rámci vadných sekcí je podobný až na posunuté spoje (BAJ) a infiltraci. Poslední problém je většinou výsledkem nesprávných indikací nebo je instalačním problémem z důvodu chybějícího dozoru. Předpokládáme-li podobný dozor, údržbu a opravy jako v Německu, rozdíly v charakteristikách závad by se významně změnily a posunuly směrem k německým hodnotám. Proto bylo možné provést adaptaci německých dat. Z toho důvodu bylo možné přímé srovnání citlivosti pomocných podmínek pro tři holandské scénáře s ostatními evropskými scénáři.
Tabulka 6: Definice scénářů pro Holandsko Scénář
Úroveň kanalizace
Propustnost půdy
Hladina podzemní vody
č. 1
Režim Rozpětí
Blízký ose Dno - osa
Režim Rozpětí
Střední Nízká-střední
Režim Rozpětí
č. 2
Režim Rozpětí
Blízký ose Dno - osa
Režim Rozpětí
Režim Rozpětí
č. 3
Režim Rozpětí
Blízký ose Dno - osa
Režim Rozpětí
Nízká Nízká-střední Téměř nízká Velmi nízká nízká
V ose Pod dnem potrubí nad korunou Dno Nad korunou(15%)
Režim Rozpětíí
Hodně pod dnem potrubí
18/24
Obr. 21: Ekologický dopad průměrné závady způsobující infiltraci/průsak ven v rámci celého rozsahu závažnosti možného dopadu - s ohledem na frekvenci závad
Obr. 22: Ekologický dopad průměrné závady způsobující infiltraci/průsak ven v rámci relativního rozsahu závažnosti možného dopadu - s ohledem na frekvenci závad
Holandská analýza přináší stejné výsledky, pokud jde o flexibilní potrubí, jako německé šetření. Tabulka 7: Přehled výsledků Typ potrubí Pružné potrubí Tuhé potrubí
Průměrný výskyt poruch 95,91 poruch na 1 km 234,56 poruch na 1 km
Normový výskyt poruch 0,41 1
Obr. 23: Ekologický dopad průměrné holandské závady způsobující infiltraci/průsak ven v rámci relativního rozsahu závažnosti dopadu - vezmeme-li v úvahu četnost závad a přitěžující výsledky scénáře podle čistého podílu
19/24
7. Výsledky - Švédsko 7.1.
Analýza dat
Indikacemi švédských defektů v rámci protokolů byly především čistě textové popisy místo kódového systému, který usnadnil převod do kódu EN.
Obr. 24: Výsledek revize švédské TV inspekce
Hlavními indikačními rozdíly jsou chybějících indikace v protokolech, protože mnoho švédských protokolů je shrnutím počtu vad na sekci bez uvedení podrobné indikace vady. Tyto neúplné protokoly musely být dokončeny podle TV revizí, které způsobily vysoké procento chybějících indikací. U téměř 3% jsou skutečné rozdíly vyhodnocení vad spíše malé.
Obr. 25: Rozdělení defektních sekcí podle typu defektu
Obr. 26: Výskyt závad v rámci sítě - průměrná hodnota sítě
20/24
Obr. 27: Průměrný výskyt závad ve vadných sekcích
Obr. 28: Vztah mezi rozdělením defektů a výskytem závad
Podle švédského odborníka pana Sevenssona, není vysoký podíl překážek, kterými byly většinou sedimentační problémy způsobené papírem, typický pro švédské kanalizační systémy.
7.2.
Výsledky modelování
Protože švédská databáze byla pro modelování nedostatečná, byla pro Švédsko uzpůsobena německá data. Z toho důvodu bylo možné přímé srovnání citlivosti pomocných podmínek pro tři švédské scénáře s ostatními evropskými scénáři.
Obr. 29: Srovnání výskytu závad v Německu a Švédsku
21/24
Podrobná úvaha týkající se adaptace německých dat byla také provedena pro švédský model. Tabulka 8: Definice scénáře pro Švédsko Scénář č. 1 č. 2 č. 3
Úroveň kanalizace
Propustnost půdy
Režim Rozpětí
Blízký ose Dno - osa
Režim Rozpětí
Režim Rozpětí Režim Rozpětíí
Blízký ose Dno - osa Blízký ose Dno - osa
Režim Rozpětí Režim Rozpětíí
Střední Velmí nízkástřední Velmi nízká Téměř nízká Nízká-střední
Hladina podzemní vody Režim Rozpětí Režim Rozpětí Režim Rozpětíí
V ose b. dno – a. koruna Dno a. koruna (15%) Hodně pod dnem potrubí
Obr. 30: Ekologický dopad průměrné závady způsobující infiltraci/průsak ven v rámci celého rozsahu závažnosti možného dopadu - s ohledem na frekvenci závad Tabulka 9: Stupnice výsledků Typ potrubí Pružné potrubí Tuhé potrubí
Průměrný výskyt poruch 13,46 poruch na 1 km 71,74 poruch na 1 km
22/24
Normový výskyt poruch 0,19 1
Švédské analýzy přinesly podobné výsledky pro flexibilní potrubí jako německé analýzy.
Obr. 31: Ekologický dopad průměrné závady způsobující infiltraci/průsak ven v rámci relativního rozsahu závažnosti možného dopadu – s ohledem na cetnost závad
Obr. 32: Průměrný švédský ekologický dopad způsobený infiltraci/ průsakem ven v rámci relativního rozsahu závažnosti dopadu - vezmeme-li v úvahu četnost závad a přitěžující výsledky scénáře podle čistého podílu
8. Závěr I když je dosti obtížné stanovit ekologické dopady kanalizačních systémů obecně, "STATUS kanalizace“ a její specifický model pro otázky životního prostředí týkající se kanalizačních systémů dávají poprvé přijatelné výsledky pro srovnání ekologických dopadů flexibilních a tuhých potrubních systémů, které jsou způsobeny infiltrací/průsakem ven. Vzhledem ke všeobecnému přístupu kvůli dosažení závěru pro potrubní systémy obecně neodrážejí výsledky situaci specifické místní kanalizační sítě, což by vyžadovalo tento přístup na základě specifických místních souborů dat. Zjištění by měla být považována za přijatelný ukazatel ekologického výkonu analyzovaného potrubního systému. Připustíme-li, že všechny systémy vykazují průsaky, otázkou zůstává, který potrubní systém je vhodnější, pokud jde o problémy s průsakem. Tyto problémy jsou hlavní ekologickou otázkou během životnosti těchto potrubí. Protože analýza během životnosti potrubí byla cílem projektu, byla zaměřena na dominantní otázky infiltrace a průsaku ven, které způsobují hlavní ekologické dopady těchto systémů v tomto konkrétním období. Navíc jsou téměř všechny ekologické efekty způsobené během provozu místními vlivy, které přímo ovlivňují uživatele daného provozovatele sítě. V důsledku tohoto šetření lze shrnout následující výroky s ohledem na omezení analýz dat (například hranice životnosti 30 let, vnitřní průměr max. 800 mm, atd.):
23/24
•
Dopad na životní prostředí z průměrného úseku flexibilního potrubí způsobený infiltrací nebo průsakem ven je 15 % (méně než jedna šestina) hodnoty pro stávající tuhé potrubní systémy. Zejména ve scénářích s citlivými sekundárními podmínkami prokazují flexibilní potrubí lepší působení na životní prostředí než tuhé potrubní systémy.
•
Vezmeme-li v úvahu počet závad vzhledem k délce položených kanalizací materiálových skupin analyzovaných touto studií, flexibilní potrubní systémy mají v průměru pouze 20% (jednopětinový) výskyt závad v porovnání s tuhými potrubními systémy.
•
Když zvážíme počet závad vzhledem k délce položených kanalizací tohoto konkrétního materiálu, je výskyt závad flexibilního systému v průměru nižší o 25 % (jednu čtvrtinu) než je tomu v případě výskytu závad tuhého systému, výskyt závad je výrazně nižší pro ty typy závad, které jsou hlavními příčinami infiltrace a průsaku ven, např. BAB (praskliny), BAC (zlomení/ zborcení) nebo BAH (defektní spoje).
Z této studie lze odvodit, že kanalizační systémy z flexibilního potrubí mají významně lepší ekologické výsledky, pokud jde o infiltraci a průsak ven vzhledem k nižšímu výskytu závad a riziku závad. Kromě tohoto hlavního výsledku šetření tato studie ukázala, že nedostatečná kvalita instalací, pouze občasné monitorování a chybějící kontrola kvality vedou k výrazně vyšší indikaci závad, což znásobuje samotný výskyt závad.
Doplnění podle jednotlivých zemí I když jsou holandská či švédská databáze relativně malé a nelze z nich vytvořit dokonalý obraz kanalizačních systémů těchto zemí, přesto poskytují přijatelnou představu o specifické situaci v dané zemi. Nicméně výsledky analýzy dat ukazují zřetelný dopad různých kontrolních strategií. Ta je v případě Holandska výsledkem požadavku operátorů sítě na rozdíl od Německa, kde je dána zákony a předpisy. To v konečném důsledku vede k významně vyššímu výskytu závad u kontrolovaných sekcí, protože pouze sekce s dostatečně závažnými vadami vyžadují kontrolní zásah a jsou provozovateli zaznamenávány. Rovněž praxe chybějících přejímacích protokolů TV instpekcí stavebních prací podporuje vady způsobené nekvalitně provedenými stavebními pracemi a důsledkem je vyšší výskyt závad. Relativně malou švédskou databázi tvoří velké množství krátkých sekcí tuhých a flexibilních potrubních systémů položených v různých podmínkách. Tento výběr vzorků zajistil, že data jsou pro švédské podmínky reprezentativnější, než by tomu bylo u omezeného počtu sekcí.
24/24
