Upravljanje vodovodnega omrežja je kompleksna dejavnost, ki prioritetno zagotavlja pitno vodo prebivalcem oskrbovanega omrežja. Da ta proces lahko nemoteno poteka, je potrebno med seboj usklajevati mnogo dejavnikov, ki se včasih med sabo izključujejo. V širšem pogledu usklajujemo vpliv na okolje, ekonomičnost ter doseganje ustrezne kakovosti vode, bolj specifično pa je potrebno na celotnem omrežju zagotavljati zadosten tlak, vodo ustrezne kakovosti in požarno varnost. Mednarodne smernice spodbujajo k zmanjšanju vodnih izgub in s tem skrbnem ravnanju z osnovnimi surovinami. Zmanjševanje izgub vode pomeni manjšo potrebo po črpanju in obdelavi vode, kar zmanjšuje porabo energije in emisije toplogrednih plinov, povezane z delovanjem vodovodnih sistemov.

Predstavljamo projekt nadgradnje vodovodnega omrežja za dosego učinkovitega spremljanja in zmanjševanja vodnih izgub pri enem izmed večjih vodovodnih sistemov v Sloveniji. To smo dosegli z vzpostavitvijo stalnih in začasnih merilnih območij oziroma ti. DMA (»District metered area«). Opisan je praktični primer, kjer se hidravlično modeliranje, dodatne terenske meritve, kakovost vode, kazalniki učinkovitosti in analiza tveganja obratovanja sistema združijo v eno nalogo. Z boljšim uvidom in razumevanjem delovanja vodovodnega sistema in sistematičnim pristopom k problematiki upravljanja ter zmanjševanja vodnih izgub se dolgoročno zmanjšujejo stroški obratovanja sistema ter posledično tudi ogljični odtis.

 

Kaj je digitalni dvojček?

Digitalni dvojček je digitalna reprezentacija fizičnega objekta, procesa ali sistema v računalniškem okolju. Ta digitalna kopija omogoča simulacijo delovanja ali obnašanja fizičnega sistema v realnem času ali v različnih scenarijih oziroma predvidenih simuliranih stanjih. Če v digitalnem okolju poustvarimo vodovodni sistem, ki se spreminja s časom, to imenujemo »real-time« hidravlični model.

Izdelava umerjenega hidravličnega modela traja več mesecev, odvisno od kakovosti vhodnih podatkov. Gradnja modela poteka v več fazah:

1. Hidravlični kataster – je digitalna podatkovna struktura, ki vsebuje geografske in karakteristične infrastrukturne podatke o prostoru (GIS). Gre za kompleksen podatkovni model med seboj povezanih točk in linij, ki jih matematično popišemo na način, da predstavljajo različne elemente vodovodnega omrežja, kot so cevi, ventili, črpalke, rezervoarji in drugi objekti. Vsakemu elementu v tem sloju lahko pripišemo specifične lastnosti oz. atribute, kot so material, premer, debelina sten, višina in drugi tehnični podatki. Velik poudarek je tudi na definiranju dejanske topologije omrežja glede na stanje na terenu.
2. Hidravlični model – je matematični model, ki izračuna hidravlične razmere v vodovodnem sistemu na podlagi določenih vhodnih parametrov – robnih pogojev. Ta model temelji na zakonitostih hidravlike ter omogoča simulacijo delovanja vodovodnega sistema v različnih obratovalnih pogojih.
   
   
3. »Real time« hidravlični model – je naprednejša različica hidravličnega modela, ki se osredotoča na trenutno stanje vodovodnega sistema. Na določeno časovno periodo se izvajajo ciklične simulacije, kjer se ob vsaki simulaciji za robne pogoje uporablja zadnje vrednosti SCADA meritev. S tem upravljalec vodovodnega sistema dobi uvid v hidravlične razmere (tlak, pretok) za poljubni element

S celostnim vpogledom v sistem lahko optimiziramo tlak in pretok v omrežju glede na trenutne potrebe vode. Omogoča nam tudi simulacijo različnih scenarijev za potrebe vzdrževanja vodovoda ali pripravo na krizne situacije. Z zadostno zgodovino podatkov lahko s programom za modeliranje napovedujemo dogodke in obratovanje omrežja.

Razvoj digitalnih dvojčkov predstavlja prelomnico v tehnologiji upravljanja vodovodnih sistemov. Z njihovo uporabo lahko dosežemo rezultate, ki prej zaradi fizičnih ali drugih omejitev niso bili mogoči, saj nam rezultati simulacije nudijo kakovostne povratne informacije načrtovane investicije/spremembe vodovodnega omrežja brez dejanskega poseganja v sistem.

Implementacija rešitve na praktičnem primeru vodovodnega sistema 

Prednosti digitalnega dvojčka smo izkoristili tudi za nadgradnjo vodovoda na praktičnem primeru, katerega glavni cilj je bil zmanjševanje vodnih izgub in učinkovitejše upravljanje vodovodnega omrežja. Primer je bil implementiran na enem izmed večjih vodovodnih sistemov v Sloveniji. K izzivu smo pristopili premišljeno in sistematično, saj kakršenkoli poseg v vodovodno infrastrukturo ob neustreznem načrtovanju lahko povzroči resne težave pri dobavi pitne vode.

Za dosego ciljev smo izvedli naslednje korake:

1. Posodobitev in kalibracija hidravličnega modela: aktualizacija in prilagoditev hidravličnega modela glede na katastrske podatke, meritve na distribucijskem omrežju in porabo vode.
   
   
2. Identifikacija sivih območij: identifikacija delov distribucijskega omrežja z nezadostnim nadzorom nad distribucijo vode in drugimi hidravličnimi parametri.
   
   
3. Razdelitev omrežja na makro in mezzo ravni: razdelitev distribucijskega omrežja na omrežne sklope na makro ravni (DMZ) in merilna območja (DMA) na mezzo ravni s trajnimi omejitvami.
   
   
4. Meritve pretokov vode: izvajanje meritev vseh pretokov vode, ki tečejo v merilna območja, s poudarkom na času minimalne porabe (ponoči od 01:00 do 05:00).
   
   
5. Sistem pravočasnega opozarjanja: vzpostavitev sistema za zaznavanje dinamičnih sprememb pretoka in neprijavljenih napak v distribucijskem omrežju na podlagi meritev.
   
   
6. Oblikovanje sistema kazalnikov KPI: razvoj sistema ključnih kazalnikov učinkovitosti za določanje prednostnih nalog ukrepov na novo vzpostavljenih področjih merjenja, s ciljem hitrega odkrivanja puščanja in drugih napak v omrežju.
   
   
7. Spoštovanje standardov upravljanja: pri načrtovanju rešitev upoštevanje vseh standardov upravljanja vodnega sistema, vključno z varnostjo obratovanja, kakovostjo vode, tlaki, pretoki, vzdrževanjem sistema in požarno varnostjo.

Pri tem smo ustvarili več scenarijev, s katerimi smo preverili, da noben ukrep ne poslabša kakovosti vode v sistemu ter požarne varnosti in da implementacija rešitve še naprej omogoča stabilno delovanje sistema. Posebnost dotičnega vodovodnega sistema je tudi, da se voda ne dezinficira s klorom, kar še dodatno ovira zasnovo DMA merilnega območja.

Na spodnji sliki je prikazana delitev večjega merilnega območja na več manjših. Namen tega ukrepa je bil ugotavljanje kritičnosti omrežja glede vodnih izgub po predelih omrežja. Ta rešitev nam prikaže, na katerem delu omrežja prihaja do puščanja in kam usmeriti terensko ekipo za sanacijo puščanj na omrežju.

Ker je za laičnega bralca težko predstavljivo, kolikšen je dejanski doprinos take rešitve, smo učinek kvantificirali z letno količino prihranjene pitne vode na račun posameznega ukrepa.

Rezultati v številkah – letni prihranki vode z naslova vodnih izgub glede na izveden ukrep

Projekt – dejavnost	Prihranki [m3/leto]
Prednostno razvrščanje merilnih območij – koncept DMZ/DMA	Cca. 530.000
Satelitska slika	Cca. 375.000
Analiza elektroakustičnega hrupa (ActiveLeakageControl)	Cca. 310.000

Uspešnost projekta je potrjena s konkretnimi številkami, ki potrjujejo ustreznost pristopa v smeri trajnostnega upravljanja vodovodnih sistemov. Z uporabo digitalnega dvojčka in implementacijo navedenih rešitev smo prispevali k ohranjanju dragocenih virov in zmanjšanju obremenitve na okolje, hkrati pa omogočili boljšo kakovost oskrbe s pitno vodo.

Doseganje trajnostnih in okoljevarstvenih ciljev ostaja naša prednostna naloga tudi v prihodnosti, saj se zavedamo pomena skrbnega ravnanja z naravnimi viri za naše sedanje in prihodnje generacije.

 

 

Nazaj