Technologie pro optimalizaci plánu obnovy vodovodních a kanalizačních sítí

Plánování obnovy vodovodních a kanalizační sítí je každoroční dlouhodobý proces, který by měl sledovat určité cíle a strategii na základě ucelené a odsouhlasené metodiky. Stanovení metodiky pro výběr řadů či kanalizačních stok pro rekonstrukci má dlouhodobý vliv na technické parametry vodohospodářského majetku a především na ekonomické ukazatele.

Úvod

Plánování obnovy vodovodních a kanalizační sítí je každoroční dlouhodobý proces, který by měl sledovat určité cíle a strategii na základě ucelené a odsouhlasené metodiky. Stanovení metodiky pro výběr řadů či kanalizačních stok pro rekonstrukci má dlouhodobý vliv na technické parametry vodohospodářského majetku a především na ekonomické ukazatele. Tím se myslí samozřejmě především potřebné investiční prostředky na obnovu vodovodních řadů, ale i vývoj provozních nákladů především spojených s opravami poruch, úniky vody z vodovodní sítě, balastními vodami v kanalizaci negativně ovlivňující provoz ČOV a zvyšující náklady na čerpání apod. Z hlediska objektivního vyhodnocení dopadu zvolené strategie obnovy sítí na ekonomiku provozu a technické parametry sítí je tedy stěžejní plánovat rekonstrukci sítí v delším časovém období 20 -50 let.

V tomto článku je představeno moderní řešení pro strategické plánování obnovy vodohospodářského majetku, které je úspěšně nasazeno společností DHI v mnoha městech České republiky. Společné základní rysy tohoto řešení zpracovaného do programového prostředku jsou:

• Je určeno jak pro vodovodní, tak kanalizační sítě;
• Vyhodnocení je založeno na multikriální analýze, přičemž volba kritérií a způsob jejich vyhodnocení jsou plně volitelné;
• Je podporováno provázání na celkovou koncepci rozvoje VH infrastruktury;
• Dlouhodobé plánování – simuluje proces stárnutí sítě a rekonstrukci kritických úseků v příštích následujícím období např. 30 letech;
• Možné provázání s GIS, výstupy modelů, s programovými prostředky pro hodnocení úniků vody atd.;
• Podpora zpracování poruch, úniků vody a balastních vod;
• Koordinace s finančním plánem - finanční plán je součástí vstupních parametrů;
• Technická a finanční optimalizace;
• Program může být implementován jako běžná uživatelská aplikace i jako klient-server aplikace dostupná více uživatelům v intranetu vodárny;
• K dispozici je desktop a webové uživatelské rozhraní.

Prezentované postupy byly použity v Praze a nejvýznamnějších městech spravovaných SVS a.s. a provozovaných SČVK a.s., kde je plán obnovy součástí každého Generelu zásobování vodou. V Olomouci byl zpracován rozsáhlý projekt Generelu vodohospodářské infrastruktury, jehož součástí byl i plán obnovy vodovodů a kanalizace. Byl zpracován plán obnovy kanalizační sítě v Mariánských Lázních. Dále byl takto zpracován projekt obnovy kanalizační a vodovodní sítě v Táboře, kde je program implementován a soustavně využíván ve VST.

Metodika vyhodnocení technického stavu vodovodní a kanalizační sítě

Obecný postup vyhodnocení technického stavu vodovodní a kanalizační sítě a následného plánování obnovy sítě je založen na multikriteriálním vyhodnocení zvolených parametrů. Metodika pracuje s jednotlivými konkrétními technickými ukazateli (TU), jimž je vždy přiřazena váha ukazatele dle jeho významu pro technický stav sítě a plánování rekonstrukcí. Příklad rozdělení váhy kritérií technického stavu vodovodní sítě je uveden na následujícím obrázku. Konkrétní návrh metodiky a způsob vyhodnocení technického stavu vodovodních a kanalizačních sítí však vždy vychází z konkrétních potřeb vlastníka a provozovatele.

Zkušenosti ukazují, že jako základní technické ukazatele by měly být použity:

• zbytková životnost daná kombinací materiálu a stáří sítě,
• poruchovost,
• úniky vody, případně přítoky balastní vody,
• stavební stav kanalizace (dle zpracovaných výstupů kamerového průzkumu).

Výběr dalších použitých technických ukazatelů vychází vždy z místních zkušeností a priorit. Lze například jmenovat inkrustace, význam řadu, provozní rizika, obtížnost provádění oprav, riziková analýza provedená v modelu sítě, přetížení kanalizačních a vodovodních řadů atd. Velice často se v hodnocení používá i kritérium koordinace s jinými liniovými stavbami a potřeby plynoucí z koncepce vodohospodářského rozvoje.

Výsledkem analýzy TU je celkový počet vážených bodů, maximální počet je obvykle 1 000. Na základě těchto celkových vážených bodů je určen stupeň priority, určující časový požadavek na investice nebo opravy vodovodní či kanalizační sítě. Hraniční limit pro zařazení segmentu sítě do plánu investic je, dle našich zkušeností a např. pražských standardů, obvykle překročení hodnoty 550 až 610 bodů.

Vyhodnocení technického stavu vodovodní a kanalizační sítě a návrh priority jejich obnovy se opírá o hromadné zpracování dat. Základní technické ukazatele pro hodnocení jsou plně určovány na základě podkladů GIS (stáří řadu, materiál řadu, poruchovost, atd.). Provozní vstupy (poruchovost, výsledky kamerových prohlídek kanalizace apod.) jsou získávány z databáze technicko-provozní evidence (TIS), z měřených dat přístupných na portálu SCADA či z jiných provozní aplikací.

Stanovení optimální dlouhodobé strategie obnovy vodohospodářské infrastruktury dle dané metodiky by mělo být softwarově podpořeno vhodným nástrojem plánování. Nutnost využití nástroje v inženýrské praxi vyplývá zejména z velkého objemu vstupních dat a potřeby automatizace procesů vyhodnocení technického stavu sítí dle dílčích kritérií. V neposlední řadě potřeba predikce a plánování obnovy sítí v dlouhodobého horizontu zvyšujíce časovou náročnost dílčích výpočtů vyhodnocení technického stavu. Bez aplikace vhodného softwarového nástroje je proces optimalizace plánu obnovy vodovodních a kanalizačních sítí dnes již těžko představitelný.

Nástroj pro plánování rekonstrukcí

Softwarový nástroj pro plánování rekonstrukcí „Plán Rekonstrukcí" pracuje v prostředí jednotné platformy MIKE INFO firmy DHI, která disponuje celou řadou funkcionalit GIS, časových řad, skriptů, tabulek, reportů, atd. Softwarový nástroj je úzce napojen na datovou strukturu vodovodních a kanalizačních modelů MIKE URBAN. Nástroj je schopen efektivně zpracovávat a využívat externí datové zdroje GIS, SCADA, MS Excel apod. Nastavení metodiky a parametry výpočtu, výsledky technického hodnocení a plán obnovy jsou přímou součástí datové struktury nástroje (SQL databáze) a lze je tedy průběžně aktualizovat.

Takto lze systém hodnocení technického stavu vodohospodářské infrastruktury a tvorby plánu obnovy efektivně používat jako nástroj soustavného sledování stavu sítí a jako součást kontinuálního uceleného řešení koncepce rozvoje území. Nástroj umožňuje sledovat a vyhodnocovat efekt různých investičních variant, lišících se objemem investičních prostředků určených na obnovu, na technický stav sítě. Pomocí nástroje lze definovat investičně a provozně optimální variantu, resp. tempo obnovy sítí, a tím optimalizovat využití investičních prostředků vlastníků infrastruktury.

Výstupy plánu rekonstrukcí

Programový prostředek umožňuje přípravu velkého množství výstupů. V následujícím textu je uvedeno pouze několik příkladů.

Základním výstupem je mapa plánu rekonstrukce z hlediska prostoru a času, jak ukazuje obr. 3.

Podobným způsobem je možno připravit výstupy pro technické ukazatele, jejichž vývoj se v čase v závislosti na strategii obnovy sítě mění. Předpřipravené mapy a další výstupy představují „šablony", které se aktualizují podle výsledků výpočtu.

Plán rekonstrukcí je obvykle zpracován alternativně pro několik investičních variant s cílem vybrat nejvýhodnější variantu pro dosažení maximálních provozních úspor a optimálních technických parametrů sítě. Následující obrázek ukazuje vývoj technické potřeby nákladů na rekonstrukce a skutečně provedených investic dle dostupných finančních prostředků zvolené investiční varianty. V období velkého převisu technické potřeby dané špatným technickým stavem sítě jsou investice rozprostřeny na delší časové období.

Vývoj provozních nákladů a zbytkové životnosti jako základního parametru technického stavu sítě je pro zvolenou investiční variantu zobrazen níže. Vyšší investice do sítě snižují provozní náklady na odstraňování poruch, úniky vody, balastní vody v kanalizaci apod., resp. zvyšují zbytkovou životnost sítě.

Program „Plán Rekonstrukcí" díky automatickému způsobu vyhodnocení technických a provozních ukazatelů umožnuje efektivně zpracovat a vyhodnotit několik investičních scénářů. Vyhodnocení dopadů přijaté strategie obnovy sítě je možné vyhodnotit jak pro jednotlivé roky simulovaného období, tak v podobě celkových ukazatelů jako jsou například:

• průměrné tempo rekonstrukce, technickou potřebu investic a reálné tempo investic zohledňující investiční možnosti vlastníka,
• celková a průměrná výše investičních nákladů,
• trend stárnutí sítě, trend vývoje nákladů na opravy a na úniky vody,
• porovnání investičních nákladů a provozních úspor atd.

Závěr

Plán obnovy vodovodů a kanalizací je významným dlouhodobým úkolem podniků vodovodů a kanalizací ČR. Tento úkol je ale úzce svázán s konkrétními investičními možnostmi podniků v krátkodobém i dlouhodobém horizontu. Je přitom známým faktem, že potřebné investice do rekonstrukcí vodovodů a kanalizací by se měly v průměru pohybovat ročně okolo 2% hodnoty vodohospodářské infrastruktury. Praxe ale bohužel ukazuje, že k této hodnotě se většina vodohospodářských podniků nepřibližuje. Vodovodní a kanalizační sítě tedy stárnou a představují tak rostoucí riziko pro společnost. Potřeba stanovení dlouhodobé strategie rozvoje opřená o objektivní informace a jasnou metodiku je proto pro podniky VaK nezbytností. Nástroj „Plán Rekonstrukcí" představuje vhodnou možnost jak v dlouhodobém horizontu efektivně udržovat kanalizační a vodovodní sítě v dobrém technickém stavu a tím minimalizovat riziko vzniku provozních problémů, závažných poruch a havárií.

Program „Plán Rekonstrukcí" představuje moderní nástroj pro podporu optimalizace plánování obnovy vodovodních a kanalizačních sítí. Nástroj kromě efektivního zpracování vstupních dat, vyhodnocení technického stavu sítě a finančního ocenění plánovaných investic a provozních nákladů umožňuje prognózu vývoje základních technických a finančních parametrů v dlouhodobém horizontu desítek let. Schopnost odpovědět na otázku „V jaké kondici se bude nacházet vodohospodářská infrastruktura za 5, 10 či 15 roků?" je cenným podkladem pro vlastníky, resp. základním vstupem pro optimalizaci jejich finančního plánování.

Tento nástroj navíc umožňuje pravidelnou aktualizaci plánu obnovy se zohledněním skutečného vývoje a výskytu poruch na síti, finančních možností vlastníka apod. Projekty s využitím prezentované metodiky a technologie jsou již od roku 2008 úspěšně aplikovány v mnoha městech České Republiky. Softwarový program se neustále rozvíjí a zdokonaluje na základě získaných praktických zkušeností a doporučení specialistů v oboru a mezinárodních trendů v této oblasti vodohospodářské infrastruktury.