Авторы: Кван С.И., Стефанус Ш., Кимшайонг Т., Сатьясоти Ш., Чан К.
Перевод: Барановская Ж.Н., Данилович Д.А., Примин О.Г.
Источник: Кван С.И. Управление давлением — стратегическая мера сокращения бесприбыльной воды (на примере Гонконга) / С.И. Кван, Ш. Стефанус, Т. Кимшайонг, Ш. Сатьясоти, К. Чан ; пер. с англ. под ред. Ж.Н. Барановская, Д.А. Данилович, О.Г. Примин // Наилучшие Доступные Технологии водоснабжения и водоотведения. — 2014. — № 6. — С. 73–77.
Утечки из водопроводной сети и сооружений отрицательно сказываются на надежности и прочности возведенных сооружений, зданий, инженерных коммуникаций (прежде всего, водонесущих), ухудшают состояние окружающей среды, приводят к подтоплениям территорий, к значительному материальному, социальному и экологическому ущербу.
В качестве основных причин, побуждающих бороться с утечками воды из водопроводной сети, как и с другими видами ее потерь, выступают:
Статья гонконгских коллег представляет большой интерес для специалистов водной отрасли и содержит конкретные рекомендации по одной из важных составляющих стратегии снижения потерь воды — мониторингу и мероприятиям по снижению давления в сети.
Сразу следует обратить внимание читателя, что термин бесприбыльная вода
в заголовке статьи не точен. Правильнее говорить о недоходной (непроданной) воде.
Управление водоснабжения правительства Специального административного района Гонконг (HKSAR) обеспечивает подачу пресной и соленой (технической) воды примерно 7 млн жителей. Гонконг разбит на 17 районов водоснабжения с общей протяженностью трубопроводов около 7,8 тыс. км. Город располагается на холмистой местности, поэтому для обеспечения надежного снабжения водой населения, проживающего на различных высотных отметках, необходимо довольно значительно повышать давление на некоторых участках водопроводной сети, что нередко приводит к возникновению утечек в магистральных трубопроводах. Утечки в 2007 г. составляли 22,5 %, что существенно выше по сравнению с рядом развитых стран, таких как Швеция, Финляндия и др.
Стратегия управления водоснабжения по снижению потерь воды (объема непроданной воды) предусматривает снижение процента утечек в водопроводной сети до целевого уровня 15 % к 2015 г. путем реализации программ по активному контролю утечек.
В рамках долгосрочной стратегии с 1997 года поступательно внедряются схемы регулирования и непрерывного мониторинга давления, а также проводятся исследования по контролю и снижению утечек в системах подачи и распределения пресной воды в 12 районах водоснабжения. Следующим этапом будет внедрение регулирования и непрерывного мониторинга давления в остальных 5 районах.
С 2005 г. компания Black & Veatch (B&V) работала совместно с Управлением водоснабжения Гонконга в области исследований регулирования давления в 10 районах водоснабжения. В ходе исследований
последовательно выполнялись следующие задачи:
1. Планирование, разработка и создание гидравлических моделей сети в обследованных районах.
2. Проектирование и реализация полевых мероприятий по калибровке и тестированию гидравлических моделей.
3. Калибровка и тестирование гидравлических моделей.
4. Разработка схем регулирования и непрерывного мониторинга давления с использованием откалиброванных гидравлических моделей.
Существует поговорка Чего не можешь измерить, тем не сможешь управлять
. В связи с этим стратегия Управления основана на данных расхода, собранных в зонах порайонного учета (ЗПУ) и
зонах регулирования давления (ЗРД).
Зона порайонного учета — гидравлически изолированный участок в зоне питания крупного резервуара питьевой воды. Она создается для учета расхода и потребления с целью определения резких колебаний в результате нетипичного разбора воды или повышенных уровней утечек (например, неожиданное повреждение или постепенное увеличение фоновых утечек). Осуществляется непрерывный мониторинг расхода воды на входе и выходе данной зоны. Эта информация используется для контроля изменений расхода воды по отношению к установленным пороговым значениям.
Значения расхода, выходящие за рамки установленных пороговых величин, используются для определения участков, подлежащих обследованию, включая приоритетный поиск и установление места утечек в рамках стратегии активного контроля утечек для минимизации промежутка времени от обнаружения утечки до ее ликвидации. Зона регулирования давления (ЗРД) представляет собой гидравлически изолированный участок, на котором возможно снижение избыточного давления при обеспечении допустимых уровней подачи воды потребителям. ЗРД могут состоять из нескольких зон порайонного учета, из одной ЗПУ или быть частью ЗПУ.
Исследования показали, что объем потерь воды в результате утечек пропорционален рабочему давлению в системе. Следовательно, понижение давления в системе, особенно в часы низкого разбора воды, окажет значительное влияние на объемы утечек. Регулирование давления обеспечивает эксплуатацию оборудования сети в условиях пониженного или переменного давления, что снижает нагрузку на трубопроводы и арматуру, увеличивает срок их службы. Снижение давления в распределительной сети, особенно в часы низкого разбора, обеспечивает постоянное давление подачи и расход воды. При регулировании (понижении) давления подачи воды расходование воды может сокращаться без каких–либо серьезных изменений в характере водопотребления. Снижается расход воды в таких сантехнических устройствах как душ, водопроводный кран и смывной бачок в туалете, оборудованный смывным клапаном (Ratnayaka, 2009).
Существует физическая взаимосвязь между расходом воды в месте утечки и давлением подачи в распределительной системе. Результаты исследований позволяют предположить, что интенсивность утечки пропорциональна давлению в степени от 0,5 до 2,5, в зависимости от таких факторов, как смешение утечек, характеристики системы, включая гидравлические параметры утечки, свойства материала труб, гидравлические характеристики почвы и потребление воды (Van Zyl, 2007) [10].
При отсутствии подробных сведений о сети можно воспользоваться линейной пропорциональностью давления и утечек (Lambert, 2003). Количество повреждений также зависит от давления и резкой его перемены в результате гидравлических ударов (насосы и запорно–регулирующая арматура), а также условий эксплуатации сети (большой разбор воды одним или более абонентом).
Снижение давления в водопроводной распределительной сети является одним из методов борьбы с утечками и повреждениями трубопроводов. Регулирование давления является базовым элементом правильно организованной стратегии управления утечками. Снижение уровня утечек достигается путем установки регуляторов давления, которые обеспечивают определенное давление в точках подачи воды в зону питания.
Снижение давления в водопроводной распределительной сети является одним из методов борьбы с утечками и повреждениями трубопроводов. Регулирование давления является базовым элементом правильно организованной стратегии управления утечками. Снижение уровня утечек достигается путем установки регуляторов давления, которые обеспечивают определенное давление в точках подачи воды в зону питания.
Регулирование давления не должно быть одноразовым проектом. Это должны быть постоянно осуществляемые меры по оптимизации подачи воды и давления в соответствии с потребностями в рамках комплексной долгосрочной стратегии водоснабжения. Первым и необходимым этапом реализации схем регулирования и непрерывного мониторинга давления является создание зон порайонного учета и зон регулирования давления.
Для обеспечения оптимальных проектов ЗПУ и ЗРД разрабатываются гидравлические модели, точно отражающие показатели работы системы, которые используются для более полного понимания системы в целом.
Это дает возможность исследовать эффективность работы системы в различных условиях подачи и потребления воды, таких как пиковое и минимальное потребление, и альтернативное снабжение, режимы технического обслуживания и устранения аварий. Модели используются для оптимизации расчетов границ ЗПУ и ЗРД, а также для оценки минимальных и максимальных расходов и давления на входе в текущих условиях потребления воды.
С помощью откалиброванной гидравлической модели зона питания резервуара питьевой воды делится на гидравлически изолированные участки путем установки запорно–регулирующей арматуры на их границах. Затем определяются места критических точек давления, регуляторов давления и водомеров для контроля расхода и давления. Гидравлическая модель используется также для определения вероятного диапазона расхода воды и снижения давления для водомеров и регуляторов давления. В целях минимизации расходов на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание при проектировании ЗПУ и ЗРД необходимо учитывать природные географические и гидравлические границы. На основе гарантируемого Управлением водоснабжения Гонконга минимального давления подачи выявляется возможное понижение давления при условии, что в критической точке давление выше 30 м. При организации ЗПУ и ЗРД учитываются абоненты, требующие более высокого напора, и участки с пониженным давлением. Следует уделить внимание наличию систем прямой подачи, которые ограничивают возможности понижения давления.
Управление водоснабжения Гонконга последовательно внедряет схемы регулирования и постоянного мониторинга давления, а также проводит обследования одной зоны за другой в целях обнаружения и устранения утечек в распределительной сети. Для непрерывного мониторинга и эффективного обнаружения местонахождения возможных утечек (изменения в расходе воды) устанавливается оборудование (например, водомеры, регуляторы давления) для корректирующих мер. Оптимизация и понижение избыточного давления в распределительной системе поможет снизить аварийность, продлить срок эксплуатации основных фондов, сэкономить средства на ремонт трубопроводов и максимизировать экономию воды (минимизировав водопотребление) путем понижения расхода воды.
Оптимальное устройство ЗПУ и ЗРД необходимо для успешной реализации схем регулирования и непрерывного мониторинга давления. Были разработаны гидравлические модели для точного представления эффективности работы системы в различных условиях разбора воды и эксплуатации. Разработка модели включает сбор данных, анализ водопотребления, создание модели, тестирование и калибровку. При наличии хорошего знания распределительной системы, включая места установки магистральных водоводов и запорно–регулирующей арматуры, эксплуатационники смогут лучше управлять имеющимися фондами, планировать проведение регламентных работ и оперативно реагировать на аварийные ситуации.
В заключение можно сказать, что реализация схем регулирования и непрерывного мониторинга давления обеспечивает снижение утечек, а также позволяет:
потерянной воды, которая является частью непроданной воды, измеряемой с помощью схем непрерывного мониторинга;
1. Lambert (May 2000, updated 2003). A System Approach to Leakage Control and Water.
2. Distributions Systems Management. Water Convention Czech Republic International Water Week, IWA.
3. Liemberger, R. and Mckenzie, R. (2005). Accuracy Limitations of the ILI — Is it an appropriate.
4. Indicator for Developing Countries. Proc. IWA Leakage Conference, IWA, Halifax, Nova Scotia, Canada.
5. Malcolm Farley and Stuart Trow (2003). Losses in Water Distribution Networks — A.
6. Practitioner’s Guide to Assessment, Monitoring and Control, IWA Publishing.
7. Ratnayaka, D.D., Brandt, M.J. and Johnson, K.M (2009). Twort’s Water Supply, Elsevier.
8. Van Zyl, J.J. and Clayton, C.R.I, (2007). The effect of pressure on leakage in water distribution.
9. Systems, Water Management, Proc. ICE.
10. Water Loss Control Manual (2002). 3rd edition, McGraw–Hill, New York.