Rozpatrując zagadnienie strat wody, należy uwzględnić warunki gruntowo-wodne. Według badań niemieckich wpływ gruntu na awaryjność jest bardzo istotny. Przecieki w gruntach skalistych są trudne do wykrycia. Agresywność składników gruntu w stosunku do materiału w gruntach spoistych jest wyższa niż w gruntach sypkich.
Wpływ środowiska gruntowegoi materiału na straty wody
Rozpatrując zagadnienie strat wody, należy uwzględnić warunki gruntowo-wodne. Według badań niemieckich wpływ gruntu na awaryjność jest bardzo istotny. Przecieki w gruntach skalistych są trudne do wykrycia. Agresywność składników gruntu w stosunku do materiału w gruntach spoistych jest wyższa niż w gruntach sypkich.
Dobowe straty wody według niemieckiego stowarzyszenia specjalistów ds. wody i gazu [9] są następujące:
– w gruntach piaszczystych: 3,6–14,4 m3/d•km,
– w żwirach i skałach: 1,4–4,8 m3/d•km.
Wielkości strat wahają się na przestrzeni całego roku – wzrastają jesienią, a także na przełomie zimy i wiosny na skutek zamarzania i odmarzania oraz ruchów gruntu.
Bilansowanie strat wody powinno uwzględniać stan techniczny sieci, urządzeń oraz rodzaj materiału. Zgodnie ze wskazaniem wytycznych niemieckich straty wody powinny się zawierać na poziomie 0,2–0,3 m3/h•km dla nowych sieci [1]. Przykładowy wskaźnik materiałowy dla żeliwa przed renowacją przy prawidłowej eksploatacji to 0,3–0,5 m3/h • km.
Ograniczenie ciśnienia pozwala znacznie zmniejszyć wydatek wody z nieszczelności, czyli straty wody do gruntu, pozwala chronić przewody. Dużym problemem są uszkodzenia powodujące straty poniżej 0,5 m/h•km, które są praktycznie nie do wykrycia.
Rys. 1 Opcje rehabilitacji rurociągów
Współczesne techniki napraw rurociągów
Często obecnie stosuje się w eksploatacji pojęcie zamienne remontu kapitalnego jako rehabilitacji – renowacji – przewodów wodociągowych przyjęte z technik bezwykopowych.
W celu utrzymania lub poprawienia właściwości istniejącego rurociągu należy go poddać rehabilitacji. W zależności od aktualnego stanu rurociągu i pożądanego efektu końcowego można zastosować jedną z opcji przedstawioną na rys. 1.
Renowacja jest metodą podnoszenia sprawności technicznej rurociągu, w której wykorzystuje się istniejące przewody rurowe, i polega na poprawianiu właściwości starych rurociągów przez zainstalowanie w ich wnętrzu odpowiedniej wykładziny, należy ją zaliczyć do działalności związanej z remontem. Wymiana wykopowa lub bezwykopowa jest procesem inwestycyjnym.
Podstawą wyboru optymalnej metody rehabilitacji jest zgromadzenie możliwie pełnej informacji na temat rurociągu i wykonanie analiz dotyczących pożądanych parametrów pracy odnowionego przewodu w sieci.
Przede wszystkim należy ustalić zgodnie z EN 752-5:1997 (rys. 2), czy mamy do czynienia z uszkodzeniem punktowym. Jeżeli uszkodzenie punktowe nie powstało na skutek procesów starzeniowych i ma charakter incydentalny (niecykliczny), a naprawa jest technicznie możliwa i ekonomicznie uzasadniona, to optymalną metodą rehabilitacji rurociągu jest dokonanie naprawy w wykopie punktowym lub metodą bezwykopową. Jeżeli uszkodzenie punktowe powstało na skutek procesów starzeniowych, to należy rozważyć celowość stosowania naprawy w aspekcie trwałości i rzeczywistej skuteczności takiego rozwiązania oraz prawdopodobieństwa pojawienia się podobnych uszkodzeń w najbliższej przyszłości. Należy przy tym uwzględnić fakt, że w przeciwieństwie do naprawy zastosowanie renowacji zapewnia dodatkowe korzyści polegające na poprawie hydrauliki przewodu i skutecznym rozwiązaniu problemu wytrzymałości przewodu.
Rys. 2 Schemat decyzyjny wyboru rozwiązania wg EN 752-5:1997
W przypadku gdy mamy do czynienia z powtarzającymi się uszkodzeniami punktowymi (np. w wyniku korozji, wzrostu obciążeń rurociągu) lub uszkodzenia rurociągu są rozległe, należy przeprowadzić analizę, która da odpowiedź na pytanie, czy konieczne jest zwiększenie wydajności hydraulicznej rurociągu. W przypadku pozytywnej odpowiedzi na to pytanie właściwym i jedynym rozwiązaniem jest wymiana rurociągu na nowy o odpowiednio większej średnicy, czyli inwestycja.
W przypadku gdy nie zachodzi konieczność zwiększenia wydajności rurociągu, a opcja napraw punktowych została wykluczona, optymalną metodą rehabilitacji rurociągu jest renowacja. W zależności od tego, czy dopuszczalna jest redukcja wydajności rurociągu, czy powinna pozostać na dotychczasowym poziomie, może być zaprojektowana renowacja wykładziną luźno pasowaną lub ciasno pasowaną. W przypadku renowacji rurociągu wykładziną ciasno pasowaną, w zależności od grubości zastosowanej wykładziny, wydajność odnowionego rurociągu może się nieznacznie zmniejszyć (grubsza ścianka – wykładzina niezależna), a niejednokrotnie nawet zwiększyć (cienka ścianka – wykładzina interaktywna).
Przedstawiony niżej schemat działań pozwala (analogia z procedurą według EN 752-5:1997) stwierdzić, że renowacja prowadzona w istniejącym rurociągu jest jego remontem.
Mając na względzie wysokie koszty procesów redukujących straty wody, wymiana przewodów jest najdroższa. Niemniej jednak jest działaniem nieuniknionym i zwykle nie wykonuje się jej w odniesieniu do całości sieci, lecz do wybranych fragmentów wytypowanych jako najbardziej awaryjnych. Wymianę i renowację przewodów sieci wodociągowych można prowadzić metodami bezwykopowymi budowy lub renowacji. Rysunek 3 przedstawia schemat graficzny klasyfikacji bezwykopowych metod budowy rurociągów podziemnych, a rys. 4 – schemat graficzny klasyfikacji grup bezwykopowych metod renowacji rurociągów podziemnych.
Rys. 3 Schemat graficzny klasyfikacji bezwykopowych metod budowy rurociągów podziemnych [2]
Główną a zarazem bardzo ważną zaletą renowacji (odnowy) przewodów infrastruktury podziemnej jest minimalizacja robót ziemnych lub ich całkowity brak. Wiąże się to ze znacznym obniżeniem kosztów budowy czy odnowy przewodów infrastruktury podziemnej. Im mniejsza objętość robót ziemnych, tym mniejsze nakłady ponoszone są przez wykonawcę związane z faktem zasypki wykopów, wymiany gruntu (jeśli byłoby to konieczne), zagęszczenia czy kosztów transportu związanych z wywozem nadmiaru gruntu na składowisko i opłat z tym związanych. Podczas budowy nowych przewodów wywożony jest grunt w objętości równej kubaturze rurociągu, natomiast w przypadku odnowy zwykle wykonuje się minimalny zakres robót ziemnych, korzystając z dostępu do odnawianych przewodów z punktowych wykopów startowych i końcowych oraz wykopów pośrednich w miejscach przyłączy, łuków lub armatury.
Następną zaletą technologii bezwykopowych jest brak robót odwodnieniowych w przypadku wykonywania odnowy przewodów poniżej zwierciadła wody gruntowej. Prace te szczególnie przy występowaniu gruntów o niskim współczynniku filtracji są bardzo kosztowne i czasochłonne. Natomiast w większości przypadków budowy rurociągów w technologiach bezwykopowych roboty odwodnieniowe nie są konieczne.
Kolejną z zalet jest ograniczenie do minimum lub brak rozbiórki nawierzchni ulicznych ulepszonych (podbudowa asfaltowa, drogi z kostki granitowej lub betonowej itp.), a następnie ich odtworzenie, ponieważ jak już wspomniano, większość technologii wymaga jedynie wykonania wykopów początkowych i końcowych. Przyczynia się to także do zmniejszenia obszaru nawierzchni zagrożonej w przyszłości ryzykiem osiadania czy wystąpienia innych uszkodzeń.
Mówiąc o zaletach technologii bezwykopowych, należy także podkreślić, że ograniczeniu ulega również transport ze względu na eliminację lub zmniejszenie zakresu niektórych robót, takich jak: roboty ziemne, deskowanie, zagęszczenie gruntu, niewykonywanie podłoża itp. Oprócz oszczędności kosztów uzyskuje się też istotną redukcję uciążliwości środowiskowych, takich jak ograniczenie wytwarzanych spalin, hałasu, kurzu oraz zanieczyszczeń.
Rys. 4 Schemat graficzny klasyfikacji grup bezwykopowych metod renowacji rurociągów podziemnych [2]. Relining (wsunięcie bądź wciągnięcie nowej rury do remontowanej rury) może być luźny (sliplining) lub ciasno pasowany.
W sąsiedztwie budowanych lub odnawianych przewodów występuje całkowita eliminacja bądź redukcja ryzyka wystąpienia uszkodzeń budowli, np. wystąpienia zarysowań ich konstrukcji, które często są spowodowane przez przesuszenie terenów znajdujących się w sąsiedztwie budowli w trakcie stosowania technologii wykopowych oraz drganiami, które najczęściej są spowodowane np. wbijaniem w grunt stalowych deskowań w technologiach wykopowych czy osuwaniem się gruntu spoza wykopu w kierunku do wykopu.
Technologie bezwykopowe pozwalają również na wykluczenie ryzyka uszkodzenia innych sieci lub kabli pod warunkiem prawidłowego ich zinwentaryzowania w planie sytuacyjnym.
Za zaletę należy uznać niezakłócanie jakości urbanistycznej obszarów w obrębie wykonywanych robót, brak zagrożeń dla zieleni miejskiej oraz brak zanieczyszczeń wód gruntowych w obszarze stosowania metod bezwykopowych.
Korzystne jest ograniczenie lub brak uciążliwości zarówno dla mieszkańców, jak również klientów sklepów czy urzędów będących w sąsiedztwie budowy lub renowacji przewodów w technologii bezwykopowej. Nie występuje konieczność wykonywania kładek dla pieszych i pojazdów. W związku z powyższym brak jest ewentualnych wniosków od właścicieli lokali usługowych dotyczących odszkodowań z tytułu zmniejszonych dochodów z prowadzonej przez nich działalności gospodarczej.
Istotną zaletą technologii bezwykopowych jest brak lub ograniczenie do minimum uciążliwości związanych z koniecznością wykonywania dodatkowych objazdów dla samochodów osobowych czy pojazdów komunikacji zbiorowej, czyli brak lub ograniczenie uciążliwości związanych ze stratą czasu kierowców i podróżnych, zmianą organizacji ruchu, zwiększeniem liczby kolizji itp.
Mimo że wymiana przewodów jest najdroższa, niemniej jednak często jest działaniem nieuniknionym i zwykle nie wykonuje się jej w odniesieniu do całości sieci, lecz do wybranych fragmentów wytypowanych jako najbardziej awaryjne.
dr inż. Florian G. Piechurski
Instytut Inżynierii Wody i Ścieków
Politechnika Śląska Gliwice
Śląska Izba Budownictwa
Literatura
1. H. Berger, U. Roth, D. Sammet, Struktur und Entwicklung des Wasserverbrauchs in Wiesbaden, „GWF Wasser Abwasser”, nr 9/1998.
2. A. Kuliczkowski i inni, Technologie bezwykopowe w inżynierii środowiska, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, 2010.
3. F. Zygmanowski, Walka ze stratami wody w sieciach wodociągowych, Warszawa 1957.
4. P. Dohnalik, Straty wody w miejskich sieciach wodociągowych, Polska Fundacja Ochrony Zasobów Wodnych, Bydgoszcz 2000.
5. M. Sozański, Wodociągi i kanalizacja w Polsce, tradycja i współczesność, Bydgoszcz 2002.
6. P. Dohnalik, Z. Jędrzejowski, Efektywna eksploatacja wodociągów. Ograniczanie strat wody, Lemtech, Kraków 2004.
7. S. Speruda, R. Radecki, Ekonomiczny poziom wycieków, Wydawnictwo Translator, Warszawa 2003.
8. S. Speruda, Optymalny poziom strat wody z wycieków w sieci wodociągowej, Akademia strat wody WaterKEY, Warszawa 2011.
9. H. Hotloś, Ilościowa ocena wpływu wybranych czynników na parametry i koszty eksploatacji sieci wodociągowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007.
10. M. Kwietniewski, W. Gębski, N. Wronowski, Monitorowanie sieci wodociągowych i kanalizacyjnych, PZIiTS, Warszawa 2007.
11. P. Tuz, Straty pozorne wody w systemie wodociągowym, „Magazyn Instalatora” nr 12/112/2007.
12. VAG – Guidelines for water loss reduction. A fokus on pressure management.
13. Zheng Yi Wu i inni, Water loss reduction, Bentley Institute Press, Pennsylvania 2011.
