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 2.2 2.3 2.4
Provozní ukazatele, majetková evidence ............................................................................. 9 Ukazatele vykazované – ČSÚ.............................................................................................. 9 Ukazatele IWA – Performance Indicators ......................................................................... 10 Výkonnostní ukazatele projektu CARE-W........................................................................ 11
3 UKAZATELE TECHNICKÉHO STAVU VODOVODNÍCH SÍTÍ .......................................... 11 3.1
3.2
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 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
4.2
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 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
Ústav vodního hospodářství obcí Fakulta stavební Vysoké učení technické v Brně Veveří 85, 602 00 Brno http:/water.fce.vutbr.cz
Vzdělání
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 odborný asistent
Katedra zdrav. inženýrství, FAST VUT Brno
01/1989-08/1990 Hydroprojekt Brno samostatný projektant specialista 09/1990-06/1994 odborný asistent
Ústav vodního hosp. obcí, FAST VUT Brno
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, 20052008, 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 19982008 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 02/200102/2004. 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 VNF =
VNFcelk ⋅100 VVR
[%]
(3.1)
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 m3 na km vodovodních řadů za rok
JUVNF =
[m
VNF L přep.
DN i DN150
kde Lpřep Li Ki Kpřípojky
/ km / rok
]
[km ]
L přep . = K i ⋅ Li
Ki =
3
(3.2)
(3.3)
K přřípojk = 0,17
(3.4)
– 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 3 VNFP = PP ⋅ 365
[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.
Počet poruch na km - P Počet poruch na km skutečné délky sítě za rok. P=
Ppor Lskut .
[P
por
/ km / rok
]
(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). Hodnota ILI se stanoví ILI =
[−]
SZ TNZ
kde SZ TNZ
(3.7)
– 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 přípojek na km řadu
20 40 60 80 100
Průměrný provozní tlak [kPa]
200
400
600
800
1000
34 25 22 21 20
68 50 44 41 39
112 75 66 62 59
146 100 88 82 78
170 125 110 103 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
14
(3.9)
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 = (3.10) 3600 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 =
(3.11)
ILI 4
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 Pj v uzlu je větší nebo roven minimálnímu předepsanému tlaku Pj* v témže uzlu, který je předem stanoven pro každý spotřebitelský uzel. Tlak Pj* je
16
deterministická zadaná veličina, tlak Pj ve spotřebitelském uzlu je náhodná odvozená (vypočtená) veličina, která je funkcí řady náhodných projektových, technologických a provozních parametrů (činitelů). Spolehlivost Rj j-tého uzlu sítě je pak definována jako: Pj max
Rj = P [Pj ≥ Pj ] = *
∫ f ( P )dP j
j
.
(3.12)
Pj
kde Pj Pj*
je vypočítaná nebo měřená hodnota tlaku v uzlu, je minimální předepsaná hodnota tlaku vody, která je dle ČSN 75 5401 Pj* = 0,25 MPa, do dvoupodlažní zástavby je Pj* = 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. Qja = Qjd kde Qja Qjd Pja Pjm Pjr
pokud
Pjr < Pj
(3.13)
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 Pja mezi minimálním tlakem Pjm a požadovaným Pjr, dochází k výpočtu dodaného množství Qja na základě poměru požadovaného Pjr a skutečného tlaku Pja. Qja = Qjd
Pja Pjr
pokud
Pjm < Pj a < Pjr
(3.14)
Pokud je skutečný vypočtený tlak Pja v uzlu menší než minimální tlak Pjm, 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
R=
∑ Qj − ∑ Qj ∑Q j d
a
(3.15)
d
Dále je možno ohodnotit váhami ještě jednotlivé odběratele např. dle významu (nemocnice, státní úřady atd.).
R=
∑ Qj
d
⋅ w j − ∑ Qja ⋅ w j
∑Q j
d
⋅ wj
(3.16)
R … ukazatel celkové hydraulické spolehlivosti sítě wj … 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 HCIi = 1 - Ri
(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 TU 2 TU 3 TU 4 TU 5
-
stáří trubního materiálu vodovodní sítě poruchovost vodovodních řadů ztráty vody tlakové poměry 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
stáří
K1 K2 K3 K4 K5
tvárná litina
ocel
PE
PVC
jiný
od
do
od
do
od
do
od
do
od
do
od
do
0 40 60 80 100
40 60 80 100 ..
0 50 70 90 110
50 70 90 110 ..
0 20 40 50 60
20 40 50 60 ..
0 30 50 60 70
30 50 60 70 ..
0 20 40 50 60
20 40 50 60 ..
0 20 30 40 50
20 30 40 50 ..
Tab. 3 Průměrné stáří vodovodní sítě kategorie K1 K2 K3 K4 K5
4.1.2
průměrné stáří
od
do
0 30 50 60 80
30 50 60 80 ..
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 kategorie K1 K2 K3 K4 K5
4.1.3
poruchovost [pp/km/rok]
od
do
0,0 0,2 0,3 0,5 0,8
0,2 0,3 0,5 0,8 ..
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 K1 K2 K3 K4 K5
22
TU 3.1
%VNF
TU 3.2
JUVNF [m3/km.rok]
od
do
od
do
0 10 12 16 25
10 12 16 25 ..
0 3000 4500 6000 8000
3000 4500 6000 8000 ..
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 K1 K2 K3 K4 K5
[m.v.sl.]
od
do
0 45 50 60 70
45 50 60 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 TU 4.2 hydrodynamický tlak
kategorie K1 K2 K3 K4 K5
[m.v.sl.]
od
do
25 40 50 55 60
40 50 55 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 • • •
• •
24
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,
•
• • • • 4.2
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. 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 i .Wi
(4.1)
i =1
kde n TUi
-
Wi
-
n
∑W i =1
i
celkový počet použitých ukazatelů, je hodnota v rozmezí 1 až 5 dle hodnocení příslušného technického ukazatele TU, (1 pro hodnocení K1, 5 pro hodnocení K5) je váha přiřazená příslušnému ukazateli TUi , přitom platí, že
=1
(4.2)
Výsledné ohodnocení dle dosažené hodnoty TS lze pak stanovit podle Tabulky 8. Tab. 8 Kategorie ohodnocení dle hodnoty TS kategorie K1 K2 K3 K4 K5
TS
od
do
1 1,5 2,5 3,5 4,5
1,5 2,5 3,5 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 TU2 TU3 TU4 TU5
-
skladba trubních materiálů stáří trubní sítě ztráty vody poruchovost vodovodních řadů 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 TU5
-
ztráty vody 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 TU 3.2 TU 3.3 TU 3.4
26
VNF - procento vody nefakturované JUVNF jednotkový únik vody nefakturované (m3/km.rok) ILI Infrastructure Leakage Index EIZ Ekonomický Index Ztrát
Pro každý dílčí ukazatel ztrát jsou meze nastaveny individuálně. Meze jednotlivých kategorií dílčích ukazatelů ztrát vody TU 3.1 až TU 3.4 byly nastaveny na základě zkušeností a poznatků zpracovatele a po konzultaci s provozovatelem. Při nastavování mezí se vycházelo z průměrných hodnot ukazatelů ILI = 6,7 a JUVNF = 4017 (m3/km/rok) v ČR (Sedlák, Svoboda, Svoboda 2003). Nastavení mezí pro ukazatel EIZ vychází z prezentovaného postupu metodiky „hodnocení ztrát vody ukazatelem EIZ“ (viz. Kap. 2.1.4). Vypočtené hodnoty jednotlivých dílčích ukazatelů každého zásobního pásma byly vyhodnoceny podle mezí uváděných v Tab.9. Provozovatel však může změnit meze jednotlivých kategorií pro jednotlivé dílčí ukazatele ztrát vody TU 3.1 až TU 3.2 podle vlastního uvážení a zatřídění jednotlivých dílčích ukazatelů pro jednotlivá tlaková pásma se bude měnit. Tab. 9 Meze hodnotících kategorií pro jednotlivé dílčí ukazatele ztrát vody kategorie K1 K2 K3 K4 K5
TU 3.1 %VNF [%] od do 0 10 10 12 12 16 16 20 20 ..
TU 3.2 3 JUVNF [m /km/rok] od do 0 3000 3000 4500 4500 6000 6000 8000 8000 ..
TU 3.3 ILI [-] od 0,0 2,5 4,0 6,0 9,0
TU 3.4 EIZ [-] do 2,5 4,0 6,0 9,0 ..
od 0,0 0,6 0,8 1,0 1,3
do 0,6 0,8 1,0 1,3 ..
Tab. 10 Souhrnné vyhodnocení zásobních pásem ukazatelem TU3 – ztráty vody pásmo
*
*
101 111 112 113 121 122 123 124 125 131 141 142 211 221 222 231 232 233 234 235 236 237 241 242 243 311 312 341
TU 3.1 TU 3.2 %VNF JUVNF 3 % hodnocení m /km/rok hodnocení K1 K2 8 3 060 21 1 760 K5 K1 36 2 208 K5 K1 5 49 K1 K1 55 5 412 K5 K3 81 4 358 K5 K2 77 5 163 K5 K3 51 6 309 K5 K4 11 5 108 K2 K3 14 919 K3 K1 38 1 643 K5 K1 78 2 161 K5 K1 10 3 288 K2 K2 33 8 962 K5 K5 6 2 390 K1 K1 27 1 557 K5 K1 24 6 043 K5 K4 14 883 K3 K1 22 6 932 K5 K4 7 429 K1 K1 5 1 911 K1 K1 5 2 389 K1 K1 3 554 25 K5 K2 37 2 910 K5 K1 52 293 K5 K1 14 6 999 K3 K4 5 9 561 K1 K5 8 318 K1 K1
TU 3.3 ILI hodnocení K2 2,8 2,9 K2 1,2 K1 0,1 K1 4,2 K3 9,4 K5 9,4 K5 6,6 K4 3,7 K2 1,3 K1 1,7 K1 3,3 K2 4,7 K3 17,7 K5 5,0 K3 2,5 K2 5,8 K3 0,7 K1 8,2 K4 0,3 K1 1,8 K1 3,1 K2 3,1 K2 7,0 K4 0,4 K1 12,3 K5 13,9 K5 0,4 K1
TU 3.4 EIZ hodnocení K3 0,9 0,5 K1 0,6 K2 0,0 K1 2,3 K5 1,2 K4 1,4 K5 1,8 K5 2,1 K5 0,4 K1 0,5 K1 0,9 K3 0,9 K3 3,7 K5 0,7 K2 0,6 K2 2,5 K5 0,2 K1 2,9 K5 0,1 K1 0,5 K1 1,0 K3 1,0 K3 0,8 K3 0,1 K1 1,9 K5 4,0 K5 0,1 K1
TU 3 ztráty vody K2 K2 K2 K1 K4 K4 K5 K5 K3 K2 K2 K3 K3 K5 K2 K3 K4 K2 K5 K1 K1 K2 K3 K3 K2 K4 K4 K1
*) U těchto zásobních pásem je hodnota ukazatele ILI stanovena pomocí vztahu popisující závislost mezi jednotkovým únikem (JUVNF) a ukazatelem ILI.
27
Obr. 2 Hodnocení zásobních pásem podle ztrát vody – TU3
LEGENDA: K1 – velmi dobrý stav K2 – dobrý stav K3 – vyhovující stav K4 – kritický stav K5 – nevyhovující stav N/A - nehodnoceno
Hodnocení jednotlivých tlakových pásem jednotlivými dílčími ukazateli ztrát vody je prezentováno v Tab. 10. a na Obr. 2 (plošný rozsah jednotlivých tlakových pásem). Z pohledu ztrát vody jsou hodnocena jako „K5 - nevyhovující stav“ čtyři zásobní pásma. Jedná se o pásma 123, 124, 221 a 234. Z pásem 123, 124, 221 a 234 má hodnocení K5 ve všech ukazatelích ztrát vody pásmo pouze 221. Pásma hodnocena v kategorii K5 tvoří z celkové délky vodovodních řadů
28
17,1 %. Zásobní pásma 121, 122, 232, 311 a 312 jsou hodnocena jako „K4 - kritický stav“. Tvoří 13,7 % z celkové délky vodovodní sítě. Celkově z pohledu ztrát vody je v kritickém (K4) a nevyhovujícím (K5) stavu celkem 9 zásobních pásem, což představuje 30,9%. z celkové délky vodovodních řadů bez hlavního distribučního systému
6
ZÁVĚRY
Předložená metodika je jedním z možných přístupů k hodnocení technického stavu vodovodních sítí. Je založena na semikvantitativní hodnocení a poskytuje uživateli přehled o potenciálních problémech v jednotlivých tlakových pásmech (měřících okrscích, vodovodech) posuzovaného systému zásobování pitnou vodou. Vlastníkům a provozovatelům rozsáhlých vodárenských systémů umožňuje provést srovnání provozovaných systémů a označit vodovodní sítě resp., jejich části s kritickým stavem s určením ukazatelů, které k tomuto kritickému hodnocení vedly. Technické posouzení vodovodní sítě touto metodikou může být součástí technického auditu veřejných vodovodů, který definuje zákon o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu. Zároveň může být základním podkladem pro zpracování plánů obnovy vodovodních sítí. Prezentovaná metodika již byla použita na reálných vodovodních sítích, např. v práci prezentovaná Plzeň, dále Hradec Králové, Bratislava atd. Obdobný přístup s určitou modifikací použily pro vlastní potřeby i další velké vodárenské společnosti, např. SmVaK, PVK. Metodika je otevřená a umožňuje uživateli přidání dalších vlastních ukazatelů hodnocení technického stavu vodovodních sítí, případně si nastavit vlastní meze pro hodnotící kategorie jednotlivých ukazatelů. Na základě této metodiky byly navrženy a zpracovány metodiky hodnocení technického stavů vodojemů, čerpacích stanic a úpraven vody (Kulíšek 2008). Obdobný přístup byl použit i při sofistikovanější rizikové analýze veřejných vodovodů zpracované v rámci projektu WaterRisk Národního programu výzkumu II.
29
7
LITERATURA
[1]
ALEGRE, Helena, et al. Performance Indicators for Water Supply Services - Second Edition. London: IWA Publishing, 2006. 326 s. ISBN 9781843390510
[2]
ALEGRE, Helena; TUHOVČÁK, Ladislav; VRBKOVÁ, Petra. Performance Management and Historical Analysis: The use of the CARE-W PI tool by the Brno Waterworks Municipality. In Water Infrastructure Management - Planning Water Mains Rehabilitation: CARE-W International Conference. Bath: WRc, 2003. s. 12.
[3]
AL-ZAHRANI, M., SYED, J., L.: Hydraulic Reliability Analysis of Water Distribution System. Singapore: Journal of the Institution of Engineers, sv. 1, č. 1, 2004.
[4]
BAO, Yixing; MAYS, Larry W. Model for Water Distribution System Reliability. Journal of Hydraluic Engineering. 1990, 9, 116, s. 1119-1137.
[5]
BELTON, V., STEWART, Thomas. J. Multiple Criteria Decision Analysis: An Integrated Approach. Dordrecht:. Kluwer Academic Publishers, 2002. ISBN 0-7923-7505-X.
[6]
BREMOND, Bernard; BERTHIN, Stephane. Reliability of Drinking Water Supply System. In System Approach to leakage Control and Water Distribution Systems Management : IWA specialised confernce proceedings. Brno : CERM, 2001. s. 167-174. ISBN 80-7204-197-5.
[7]
CABRERA, Enrique, et al. A New Aproach to Water Network Audits. In System Approach to leakage Control and Water Distribution Systems Management : IWA specialised confernce proceedings. Brno : CERM, 2001. s. 23-36. ISBN 80-7204-197-5.
[8]
ČIHÁKOVÁ, I., RADKOVSKÁ, E.: Snižování ztrát vody – diagnostické metody. Voda Zlín 2003, Zlín
[9]
ČIHÁKOVÁ, Iva. Základní pojmy a způsoby vykazování ztrát vody. Ztráty vody ve vodárenských distribučních systémech, 2003, Brno
[10] CLEVERLY, G.: Kvalita pitné vody v distribučních sítích, náměty a způsob zlepšení. Voda Zlín 2002, Zlín 2002 [11] ČSN IEC 812, Metoda analýzy spolehlivosti systému – Postup analýzy způsobů a důsledků poruch (FMEA) [12] DADEJ, J.: Využití technologických informací v útvarech vodohospodářské společnosti. Voda Zlín 2003, Zlín 2003 [13] DVOŘÁK, Pavel. Vliv poruch rozváděcích řadů na spolehlivost vodovodních sítí. Doktorská disertační práce. 115 s. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2000. Školitel Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc.
30
[14] DVOŘÁK, Pavel. Vliv stáří a materiálu vodovodního potrubí na počet poruch hlavního řadu. In Voda Zlín 2000. Zlín : VaK Zlín, 2000. s. 149-154. [15] EISENBAIS, Patrick., ROSTUM, Jon., TUHOVČÁK, Ladislav., VALKOVIČ, Pavel. VISČOR, Pavel. Reliability as one of the criteria for water mains rehabilitation planning. Proceedings of IWA specialised conference Management of Productivity of Water Utilities. Praha, 2002, s.12 [16] EISENBEIS, Patrick. Risk and Uncertainty: Using Hydraulic Reliability Tools. In Water Infrastructure Management - Planning Water Mains Rehabilitation : CARE-W International Conference. Bath : WRc, 2003. s. 6. [17] ENGELHARDT, M., O., SKIPWORTH, P., J., SAVIC, D., A., SAUL, A., J., WALTERS, G., A.. Rehabilitation strategies for water distribution networks: a literature review with a UK perspective. Urban Water, sv. 2, č. 2, 2000, s. 153-170 [18] FOJTŮ, Jan., KONÍŘ, Milan. Role programové aplikace „Poruchová služba“ při řízení provozu VaK. Voda Zlín 2002, Zlín 2002 [19] FUCHS, Karel. Systém řízení údržby a plánování prací při provozování infrastruktury vodovodů a kanalizací pro veřejnou potřebu. Pitná voda, Trenčianske Teplice, 2003 [20] GARGANO, Rudy; PIANESE, Domenico. Influence of Hydraulic and Mechanical Reliability on the Overall Reliability of Water Networks. In XXVIII IAHR Congress Proceedings . Graz : IAHR, 1999. s. 7. ISBN 3-901351-34-5. [21] GARGANO, Rudy; PIANESE, Domenico. Reliability as Tool for Hydraulic Network Planning. Journal of Hydraluic Engineering. 2000, 5, 126, s. 354-364. [22] HERZ, Raimund K. Exploring rehabilitation needs and strategies for drinking water distribution networks. In Master Plans for Water Utilities : Proceedings of IWSA conference. Praha : IWSA, 1998. s. 197-202. ISBN 80-238-2460-0. [23] HERZ, Raimund K. LIPKOW, Andrew. Strategic Water Network Rehabilitation Planning. In IWA 3rd World Water Congress. Melbourne, 2002. ISBN 0-908255-53-5 [24] HERZ, Raimund K. Ageing processes and rehabilitation needs of drinking water distribution networks. J Water SRT – Aqua, Vol. 45, str. 221-231, 1996. [25] HERZ, Raimund. Long term benefits from leakage reduction by network rehabilitation program. In System Approach to Leakage Control and Water Distribution Systems Management, Proceedings of the IWA specialized conference. Brno, 2001. ISBN 80-7204197-5.
31
[26] HIRNER, Wolfram. Evaluation of water supply and distribution systems with performance indicators. Conference Master Plans for Water Utilities, Praha. 1998, s.8. ISBN 80-2382460-0. [27] HLADKÝ, Oldřich. Ztráty vody a vodárenský dispečink. Vodní hospodářství 9/2003 [28] HLAVÁČ, Jaroslav. Aktuální pohled na technickou efektivnost vodárenských systémů. In Voda Zlín 2006 : Sborník příspěvků X. mezinárodní vodohospodářské konference. Zlín : Voding Hranice, 2006. s. 5-10. ISBN 80-239-6523-9. [29] INGEDULD, Petr; ZEMAN, Evžen. Real-Time Analysis of water Supply and Distribution Systems. In . Hydroinformatics 2006-Volume II : Proceedings of the 7th Intentaional Conference. Nice : Resarch Publishing Services, 2006. s. 783. ISBN 81-903170-3-2. [30] JANEČEK, Marek. Ocelová a litinová potrubí z pohledu aktivní protikorozní ochrany. Příčiny koroze a protikorozní ochrana vodovodního potrubí a armatur, Brno 2002 [31] KLEINER, Yehuda; RAJANI, Balvant; SADIQ, Rehan . Failure risk management of buried infrastructure using fuzzy-based techniques. AQUA. 2006, 55, s. 81-94. [32] KRATOCHVÍL, Jiří; ŠEREK, Milan. Spolehlivost vodovodních sítí. Vodhospodářský časopis. 1983, 31, 6, s. 584-594. [33] KRIŠ, Jozef; DUBOVÁ, Vanda. Sledovanie korózie ocel´ového potrubia. In . Pitná voda : Zborník medzinárodnej konferencie. Trenčianské Teplice : Hydrotechnológia, 2003. s. 6. [34] KRIŠ, Jozef., DUBOVÁ, Vanda., ILAVSKÝ, Jan.: Korózia ocel´ového potrubia dial´kovodného systému. Voda Zlín 2002, Zlín. 2002..s.6 [35] KRIŠ, Jozef., et.al. Vodárenstvo I. : Zásobovanie vodou. Bratislava : Vydavatelstvo STU Bratislava, 2006. 793 s. ISBN 80-227-2426-2. [36] KUBEŠ, Milan. Porovnání ztrát vody v různých vodovodních systémech u skupiny ONDEO Services CZ. Ztráty vody ve vodárenských distribučních systémech, Brno 2003 [37] KUČERA, Tomáš. Multikriteriální optimalizace sestavování ročních plánů obnovy vodovodních sítí. Doktorská disertační práce. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2008. Školitel Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. s.116 [38] KUČERA, Tomáš; TUHOVČÁK, Ladislav. Krátkodobé plánování rekonstrukcí vodovodních sítí. In . 5.Odborná konference doktorského studia : Díl 7 - Vodní hospodářství a vodní stavby. Brno : CERM, 2003. s. 87-91. ISBN 80-7204-265-3. [39] KUČERA, Tomáš; TUHOVČÁK, Ladislav. Plány obnovy vodovodních sítí. In Voda Zlín 2010 : Sborník příspěvků XIV. mezinárodní vodohospodářské konference. Zlín : Voding Hranice, 2010. s. 125-130. ISBN 978-80-254-6368-0.
32
[40] KULÍŠEK, Jaroslav. Hodnocení technického stavu úpraven vody : diplomová práce. Brno, 2008. 92 s. VUT v Brně v Brně. Fakulta stavební. Ústav vodního hospodářství obcí. Vedoucí diplomové práce Ing. Tomáš Kučera [41] LAMBERT, Alan. International Report: Water losses management and techniques. Water Science and Technology:Water Supply. 2002, 2, 4, s. 1-20. [42] LEGAT, Yves. System reliability models for distribution networks. In Service Life management of Water Mains and Sewers. Dresden : TU Dresden, 1999. s. 212. ISBN 386005-238-1. [43] LE GAUFFRE, Pascal et al. CARE-W WP3 Decision support for annual rehabilitation programmes, D7 report – Survey of multi-criteria techniques and selection of relevant procedures. CARE_W. 2002. [44] LE GAUFFRE, Pascal., BAUR, Rolf., LAFFRÉCHINE, Kathy.: CARE-W WP3 Decision support for annual rehabilitation programmes, D6 report – Criteria for the prioritization of rehabilitation projects. CARE-W.2002. [45] LE GAUFFRE, Pascal., BAUR, Rolf., LAFFRÉCHINE, Kathy. Multicriteria decision support for annual rehabilitation programmes. Proceedings of International Conference “Computer Rehabilitation of Water Networks CARE-W”. Dresden: TU Dresden, 2002. ISBN 3-86005-335-3. [46] LIU, Wu, et al. Monte_Carlo Simulation for the Reliability Analysis of Multi-Status Network System Based on Breadth First Search. In Second International Conference on Information and Computing Science. Manchester : World Academic Press, 2009. s. 280-283. [47] LOGANATHAN, G., V., PARK, S., SHERALI, H., D.: Threshold Break Rate for Pipeline Replacement in Water Distribution Systems. Journal of Water Resources Planning and Management, July/August 2002, s. 271-279. [48] MALLICK, K., N., AHMED, I., TICKLE, K., S., LANSEY, K., E.: Determining Pipe Groupings for Water Distribution Networks. Journal of Water Resources Planning and Management, March/April 2002, s. 130-139. [49] MÁRA, Radek. Řízená regulace a budování měřících okrsků ve vodovodní síti. Ztráty vody ve vodárenských distribučních systémech, Brno 2003 [50] MAYS, Larry W. Reliability Analysis of Water Distribution. Washington : American Society of Civil Engineers, 1989. 189 s. [51] MAYS, Larry W. Water Distribution Systems Handbook.. McGraw-Hill. New York. 2000. [52] MUNKA, Karol. Vedl´ajšie produkty dezinfekcie vody chlórdioxidom. Pitná voda, Hydrotechnológia. Trenčianske Teplice. 2003 [53] NEŠPOROVÁ, Zuzana. Zkušenosti a pokrokové protikorozní metody s inhibitory. Příčiny koroze a protikorozní ochrana vodovodního potrubí a armatur, CERM, Brno 2002
33
[54] OSTVELD, Avi . Reliability analysis of regional water distribution systems. Urban Water : Elsevier Science. 2001, 3, 3, s. 137-144. [55] OSTFELD, Avi. KOGAN, D., SHAMIR, U.: Reliability simulation of water distribution systems – single and multiquality. Urban Water, Elsevier Science, sv. 4, č. 1, 2002, s. 53 – 61. [56] OSTVELD, Avi. Reliability Analysis of Water Distribution Systems. Journal of Hydroinformatics. 2004, 4, 6, s. 281-294. [57] PERELMAN, Larry; OSTVELD, Avi. Water distribution system aggregation for water quality analysis. Journal of Water Resources Planning and Management : ASCE. 2008, 3, 134, s. 303-309. [58] PROKOP, Ladislav. Vyhodnocení korozního stavu potrubí II.březovského vodovodu. In Voda Zlín 2006 : Sborník příspěvků X. mezinárodní vodohospodářské konference. Zlín : Voding Hranice, 2006. s. 155-160. ISBN 80-239-6523-9. [59] Příčiny koroze a protikorozní ochrana vodovodního potrubí a armatur. Sborník přednášek mezinárodního odborného semináře. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2002. ISBN 80-7204-227-0 [60] Projekt CARE-W, http://care-w.unife.it [61] Pump Life Cycle Costs. Hydraulic Institute, Europump, U.S. Department of Energy´s Office of Industrial Technologies, 2001 [62] RAJANI, Balvant; KLEINER, Yehuda. Comprehensive review of structural deterioration of. Urban Water. 2001, 3, 3, s. 151-164. [63] RADKOVSKÁ, Eva. Kritéria pro vykazování ztrát vody u společnosti Veolia Water v ČR. . In Ztráty vody ve vodárenských distribučních systémech. Brno : CERM, 2003. s. 23-29. ISBN 80-7204-265-3. [64] RADKOVSKÁ, Eva. Snižování ztrát vody lokalizací skrytých úniků. . In Ztráty vody ve vodárenských distribučních systémech. Brno : CERM, 2003. s. 81-86. ISBN 80-7204-265-3. [65] ROSTUM, Jon. Statistical Modelling of Pipe Failures in Water Networks. Trondheim, 2000. 102 s. Dizertační práce. NTNU Trondheim. ISBN 82-7984-033-8. [66] RŮŽIČKA, Jiří. Hodnocení poruch na vodovodní síti. In Ztráty vody ve vodárenských distribučních systémech. Brno : CERM, 2003. s. 67-72. ISBN 80-7204-265-3. [67] SEAGROV, Sveinung, et al. Computer-aided rehabilitation of water networks (CARE-W) . Water Science and Technology:Water Supply. 2003, 3, 1-2, s. 19-27. [68] SCHILLING, Wolfgang; TUHOVČÁK, Ladislav; BAUR, Rolf. Planning of Water and Sever Network Rehabilitation. In . 22nd International NO DIG Conference. Hamburg : ISST, 2004. s. 8.
34
[69] SYED, Juned L. RISK AND HYDRAULIC RELIABILITY. Dhahran, 2003. 194 s. Dizertační práce. King Fahd University of Petroleum & Minerals. [70] SEDLÁK, Miroslav., SVOBODA, Pavel., SVOBODA, Miroslav. Vykazování ztrát vody. Studentská tvůrčí činnost (FAST-VUT v Brně) 2003 [71] SHINSTINE, D., S., AHMED, I., LANSEY, K., E.: Reliability/Availability Analysis of Municipal Water Distribution Networks: Case Studies. Journal of Water Resources Planning and Management, March/April 2002, s. 140-150. [72] SOBOČÍKOVÁ, Eva. Oxid chloričitý – praktické zkušenosti se stanovením jeho rozkladných produktů v pitných vodách. Pitná voda, Hydrotechnológia, Trenčianske Teplice 2003. s.6 [73] ŠEBESTA, Miroslav. Metodika hodnocení technického stavu vodárenských distribučních systémů, diplomová práce. Brno 2006. 85 s. VUT v v Brně. Fakulta stavební. Ústav vodního hospodářství obcí. Vedoucí diplomové práce Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. [74] ŠENKAPOULOVÁ, Jana. Benchmarking v oblasti distribuce a ztrát vody v ČR. SOVAK, 7-8. 2003. s.5 [75] ŠENKAPOULOVÁ, Jana. Strategie hodnocení úrovně ztrát vody u vodárenských subjektů. Doktorská disertační práce. 93 s.. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2005. Školitel Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. [76] TUHOVČÁK, Ladislav, et al. Analysis of Failures and Reliability of the Water Distribution Network as Criteria for Water Mains Rehabilitation Planning. In System Approach to leakage Control and Water Distribution Systems Management : IWA specialised confernce proceedings. Brno : CERM, 2001. s. 152-159. ISBN 80-7204-197-5. [77] TUHOVČÁK, Ladislav et al. Hodnocení technického stavu vodovodních sítí. Sborník konference SOVAK „Provoz vodovodních a kanalizačních sítí“, SOVAK, Hradec Králové .2004.s.6 [78] TUHOVČÁK, Ladislav et al. Technický audit vodovodní sítě, VODA Zlín 2005, Zlín 2005. s.6 [79] TUHOVČÁK, Ladislav , et al. Technical audit of the water distribution network. Water Science and Technology:Water Supply. 2006, 6, 5, s. 129-137. [80] TUHOVČÁK, Ladislav., CHALUPNÍKOVÁ, Petra. Benchmarking and evaluation process of water utilities using performance indicators – the Czech experiens. In Water management for the 21st century. Berlin. IWA Publishing, 2000. s.11 [81] TUHOVČÁK, Ladislav., KUČERA, Tomáš., RUČKA, Jan., SVOBODA, Miroslav.: Generel zásobování města Plzně pitnou vodou – díl F a G, Vysoké učení technické v Brně, Brno, 2005 [82] TUHOVČÁK, Ladislav., VRBKOVÁ, Petra. Infrastructure Leakage Index and Other Indicators as Leakage Assessment, In Proceedings of IWA International conference Leakage Management - A Practical Approach. Limassol. IWA Publishing. 2002. s.8
35
[83] TUHOVČÁK, Ladislav, et al Hodnocení technického stavu vodovodních sítí. In Sborník konference SOVAK „Provoz vodovodních a kanalizačních sítí“. Hradec Králové : MEDIM, 2006. s. 231-236 [84] TUHOVČÁK, Ladislav. Trubní materiály a jejich hodnocení z hlediska koroze. In Příčiny koroze a protikorozní ochrana vodovodního potrubí a armatur, Brno. CERM 2002. s.6. [85] TUHOVČÁK, Ladislav. Výkonnostní ukazatele systému zásobování vodou. In Voda Zlín 2000. Zlín : VaK Zlín, 2000. s. 160-167. [86] TUHOVČÁK, Ladislav; KUČERA, Tomáš; ŠEVČÍK, Jiří. Optimailzace tlakových poměrů vybraných tlakových pásem vodovodní sítě města Liberec. In Aktuální problémy vodního hospodářství obcí : Sborník odborného semináře s mezinárodní účastí. Brno : CERM, 2004. s. 13-18. [87] TUHOVČÁK, Ladislav; RUČKA, Jan; JUHAŇÁK, Tomáš. Risk Analysis of Water Distribution Systems. In . Security of Water Supply systems: From Source to Tap : Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop. Murter : Springer, 2005. s. 169182. ISBN 978-1-4020-4563-9. [88] TUHOVČÁK, Ladislav; VRBKOVÁ, Petra. Ukazatel ztrát vody a jejich ekonomicky akceptovatelné hodnoty.. In . Pitná voda : Sborník medzinárodnej konferencie. Trenčianské Teplice : Hydrotechnológia, 2003. s. 8. [89] TUHOVČÁK, Ladislav; SVOBODA, Miroslav; SPHAR, Darwish. Ekonomicky akceptovatelná úroveň ztrát vody. In Sborník mezinárodní konference "Straty vody vo vodovodných systémoch", . Stará Lesná : Hydrotechnológia, 2006. s. 37-42 [90] TYAGI, A., HAAN, C., T.: Reliability, Risk, and Uncertainty Analysis Using Generic Expectation Functions. Journal of Environmental Engineering, October 2001, s. 938-944. [91] VAN BLARICUM, Vicki L.; HOCK, Vincent F. Water System Modeling and Remote Monitoring. In Tri-Service Corrosion Conference Proceedings. Denver : NACE International, 2007. s. 12. [92] VALKOVIČ, Pavel. Expertní systémy jako podpora při rekonstrukcích vodovodních sítí. Doktorská disertační práce. 86 s. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2003. Školitel Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. [93] VIŠČOR, Pavel. Spolehlivost vodovodních sítí. Doktorská disertační práce. 103 s. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2005. Školitel Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. [94] Vodojemy 2006, Sborník příspěvků konference Vodojemy 2006, SOVAK. Vyškov. [95] VOTRUBA, Ladislav., et al. Spolehlivost vodohospodářských děl. 1993 : Česká matice technická, Praha. 488 s. ISBN 80-209-0251-1. [96] YAMIJALA, Shridhar. Statistical Estimation of Water Distribution System Pipe Break Risk. Texas, 2007. 114 s. Diplomová práce. Texas A&M University.
36
ABSTRACT In recent years become increasingly relevant question of reconstruction and rehabilitation of water networks. Water network built up in the past century are starting to show lot of failures and subsequent repairs and water losses increases the cost of water utilities. This trend, water companies try to meet the planned reconstruction of water mains. But the question arises, for which sections or part of the network may decide to maximize efficiency of money invested and how this efficiency actually assessed. The proposed methodology for evaluating the technical state of water distribution network defining the different technical parameters, the procedure for the determination and the necessary data for semikvanitativ evaluation. Methodology provided values of different indicators and way for final total evaluation of water distribution networks under consideration. The methodology allows owners and operators of large water systems to compare existing water supply systems and identify the problematic parts there with identifying indicators that this led to critical evaluation. He has already been used to evaluate the real water networks. The methodology is open and allows users to add other custom indicators, evaluation of technical condition of water distribution networks, or set your own limits for different categories of assessment indicators. Based on this methodology have been designed and developed methodologies for evaluating the technical condition of water reservoirs, pumping stations and water treatment. A similar approach was also used in more sophisticated risk analysis, public water processed in the project WaterRisk National Research Programme II.
37
