Βελτίωση της Αξιοπιστίας των ικτύων Ύδρευσης

Transcript

1 Βελτίωση της Αξιοπιστίας των ικτύων Ύδρευσης Στ. Γιαννόπουλος και ηµ. Βοχαϊτης Τοµέας Συγκοινωνιακών και Υδραυλικών έργων,, Τµήµα Αγρονόµων και Τοπογράφων Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης Περίληψη. Ο προσδιορισµός της αξιοπιστίας ενός δικτύου ύδρευσης είναι ένα χρήσιµο εργαλείο, που εξασφαλίζει ότι το σύστηµα είναι οικονοµικά αποδοτικό και συγχρόνως αξιόπιστο. Όµως, σε µερικές περιπτώσεις δεν υπάρχουν διαθέσιµα στοιχεία ή ο φόρτος εργασίας είναι απαγορευτικός για να γίνει µια τέτοια ανάλυση. Στις περιπτώσεις αυτές, είναι χρήσιµο τουλάχιστον ποιοτικά να ληφθούν κάποια µέτρα, που να βελτιώνουν την αξιοπιστία του δικτύου. Η παρούσα εργασία παρουσιάζει µερικούς πρακτικούς τρόπους για να επιτευχθεί βελτίωση της αξιοπιστίας των δικτύων ύδρευσης, Οι τρόποι αυτοί µπορούν να εφαρµόζονται τόσο κατά το σχεδιασµό του δικτύου, όσο και κατά τη λειτουργία και τη συντήρηση αυτού. Λέξεις κλειδιά. Αξιοπιστία, δίκτυα ύδρευσης, σχεδιασµός, συντήρηση Abstract. Reliability evaluation of water supply systems is a useful step to ensure that the system is economical efficient and reliable. However in some situations there isn t available data or the workload is time consuming for reliability analysis. In those situations, it is useful to take under consideration some quality measures, which improves the reliability of the water distribution network. The present paper presents some practical measures to improve the reliability of a water supply system. Those practical measures are applied at the design, operation and maintenance phase of the water supply system. Keywords. Reliability, water distribution, design, maintenance. 1 Εισαγωγή Η AWWA (1974) ορίζει το δίκτυο ύδρευσης ως ένα σύστηµα, που περιλαµβάνει όλα τα απαραίτητα στοιχεία (αγωγοί, αντλίες, βαλβίδες, ρυθµιστές πίεσης, κ.λπ) για τη διανοµή του πόσιµου νερού µε βαρύτητα από δεξαµενή ή µε κατάθλιψη απευθείας στο δίκτυο διανοµής κατάθλιψης, στους καταναλωτές, συµπεριλαµβανοµένων και των δεξαµενών εξισορρόπησης. Οι βασικές λειτουργίες ενός δικτύου ύδρευσης είναι: (α) η επεξεργασία του νερού που παραλαµβάνεται από µια υδροληψία, έτσι ώστε η ποιότητά του να είναι αποδεκτή, (β) η µεταφορά του και (γ) η διανοµή του στους καταναλωτές στη ζητούµενη ποσότητα, στην κατάλληλη πίεση και στην επιθυµητή χρονική στιγµή. Η µελέτη ενός δικτύου ύδρευσης συνίσταται στον υπολογισµό ενός ή περισσοτέρων από τα πέντε µείζονα υποσυστήµατα του συστήµατος δηλαδή της υδροληψίας, του συστήµατος µεταφοράς, του συστήµατος επεξεργασίας, του συστή- µατος αποθήκευσης και του συστήµατος διανοµής (Γιαννόπουλος και Βοχαΐτης, 2003). Όπως είναι φυσικό, υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι σχεδίασης ενός δικτύου ύδρευσης. Κάθε δίκτυο που προκύπτει από τους τρόπους αυτούς έχει και διαφορετική αξιοπιστία. Η βάση για την επίτευξη καλής αξιοπιστίας είναι η αρχική σχεδίαση του δικτύου, η οποία στη συνέχεια µπορεί να βελτιωθεί µε κατάλληλες τροποποιήσεις. Αφού έχει γίνει κάθε δυνατή προσπάθεια να εξασφαλιστεί µια σχετικά υψηλή αξιοπιστία στο στάδιο της αρχικής σχεδίασης, στη συνέχεια, αν κριθεί αναγκαίο, εισάγεται στο δίκτυο ύδρευσης κατάλληλος πλεονασµός, έτσι ώστε ακόµη και αν υπάρξουν ορισµένες βλάβες, να εξακολουθεί να λειτουργεί αυτό ικανοποιητικά. Όταν είναι απαραίτητη η συνεχής λειτουργία ενός δικτύου, τότε γίνονται περιοδικοί έλεγχοι και διατίθενται εφεδρικές µονάδες, που µπορούν να αναλάβουν τη λειτουργία κατά το χρόνο επισκευής ή συντήρησης του βασικού συστήµατος. Η προληπτική συντήρηση του συστήµατος αποσκοπεί στην διατήρηση της µακροζωίας αυτού µε αντικατάσταση ορισµένων εξαρτηµάτων του, που υπόκεινται σε µεγάλες φθορές σε σχέση µε άλλα εξαρτήµατα. Για να καθοριστεί η πολιτική της προληπτικής συντή- Ì Ì ÁÚÔÓfiÌˆÓ Î È ÔappleÔÁÚ ÊˆÓ ªË ÓÈÎÒÓ,..., 2003 applefi Ù ÛÙÚ ÛÙË ÁË Î È ÙÔÓ appleôïèùèûìfi ÊÈ ÚˆÌ ÛÙË ÌÓ ÌË ÙÔ ıëáëù Ï Í Ó ÚÔ ÛÈÔ ÌË ÛÂÏ

2 ρησης, όµως, πρέπει εκτός από το συγκεκριµένο σύστηµα να είναι γνωστό και το περιβάλλον λειτουργίας του. Η υπερβολική συντήρηση µειώνει, συνήθως, την αξιοπιστία, ενώ η ελλιπής συντήρηση, εκτός από τη µείωση της αξιοπιστίας, οδηγεί και στη µείωση του χρόνου ζωής του δικτύου. 2 Αξιοπιστία ικτύων Ύδρευσης Γενικά, η αξιοπιστία είναι ένα µέτρο εκτίµησης του βαθµού επιτυχίας ενός συστήµατος, που έχει προκαθορισµένες συνθήκες λειτουργίας και διάρκεια αποστολής. Σύµφωνα µε τον Goutler (1995), αξιοπιστία ενός δικτύου ύδρευσης είναι η ικανότητα του δικτύου να ικανοποιεί τις απαιτήσεις σε νερό για τις οποίες µελετήθηκε, τόσο ως προς την ποσότητα νερού (παροχές και συνολικός όγκος), όσο και ως προς το εύρος των πιέσεων στις οποίες αυτό πρέπει να λειτουργεί. Ο ορισµός αυτός θα µπορούσε να θεωρηθεί σαν µια επέκταση του ορισµού που διατυπώθηκε από τους Cullinane et al. (1992) σύµφωνα µε τον οποίο αξιοπιστία ενός δικτύου ύδρευσης είναι η ικανότητα του συστήµατος να παρέχει τις υπηρεσίες του σε ένα αποδεκτό επίπεδο διακοπών, παρά τις µη κανονικές συνθήκες λειτουργίας του. Ο ανωτέρω ορισµός του Goulter θεωρεί ότι α) το χρονικό διάστηµα που το δίκτυο δεν µπορεί να ικανοποιήσει την ζήτηση αποτελεί σηµαντικό στοιχείο αξιοπιστίας, β) η αστοχία του δικτύου µπορεί να λάβει χώρα, είτε επειδή οι παροχές του δικτύου δεν µπορούν να ικανοποιήσουν την ζήτηση, είτε επειδή µεν µπορούν να ικανοποιήσουν την ζήτηση όχι όµως µε την επιθυµητή πίεση (ελάχιστη επιτρεπόµενη ή ελάχιστη ορισµένη) ή και σε συνδυασµό των δύο, δηλαδή δεν µπορούν να ικανοποιήσουν την ζήτηση ούτε η παροχή, ούτε η πίεση, γ) οι αστοχίες του δικτύου συνδέονται µε η κανονικές συνθήκες λειτουργίας του δικτύου. Για να είναι δυνατός ο προσδιορισµός της αξιοπιστίας ενός δικτύου ύδρευσης πρέπει να αναγνωριστούν οι τρόποι µε τους οποίους αυτό αστοχεί. Συγκεκριµένα, σύµφωνα µε τους Xu and Goulter (1999) στα δίκτυα ύδρευσης µπορούν να λάβουν χώρα τρεις σηµαντικοί τρόποι αστοχίας : (α) Μηχανική αστοχία (mechanical failure) ή αστοχία εξαρτηµάτων (component failure), η οποία οφείλεται σε αστοχία των σωλήνων, των αντλιών, των βαλβίδων κ.λπ. ή σε διακοπή του ηλεκτρικού ρεύµατος. (β) Υδραυλική αστοχία (hydraulic failure) ή αστοχία απόδοσης (performance failure), η οποία οφείλεται σε ανικανότητα του δικτύου να παρέχει τη ζήτηση σχεδιασµού. (γ) Αστοχία λόγω µεταβολής της ζήτησης (demand variation failure), η οποία προκαλείται όταν η πραγ- µατική ζήτηση, συµπεριλαµβανοµένης και της παροχής πυρκαγιάς, υπερβαίνει την παροχή σχεδιασµού. Οι τρόποι για την αύξηση της αξιοπιστίας ενός συστήµατος ύδρευσης, µε όποιον τρόπο και αν επέρχεται αστοχία σε αυτό, είναι παρόµοιοι. Προφανώς, τα µεγαλύτερα σε µέγεθος εξαρτήµατα θα παρέχουν µεγαλύτερη ικανότητα ροής στο δίκτυο και εποµένως µειώνουν την πιθανότητα ότι η ζήτηση θα υπερβεί την παροχή σχεδιασµού. Επιπλέον, τα ποσοστά θραύσης σωλήνων στα υπάρχοντα δίκτυα ύδρευσης σχετίζονται άµεσα µε τη διά- µετρο (η θραύση των σωλήνων µεγάλης διαµέτρου δεν είναι τόσο συχνή όσο των σωλήνων µικρής διαµέτρου). Κατά συνέπεια, η επιλογή σωλήνων µε µεγάλη διάµετρο µπορεί να µειώσει την πιθανότητα της αστοχίας των εξαρτηµάτων, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνεται το µέτρο αξιοπιστίας, που βασίζεται στην απαιτούµενη ροή. Οι καταναλωτές αναµένουν µια συνεχή παροχή νερού. Όµως, αυτή η προσδοκία αυξάνει το κόστος και ασκεί επίδραση στο σχεδιασµό, στη λειτουργία, και στη συντήρηση του δικτύου ύδρευσης. Τα περισσότερα προβλήµατα στα δίκτυα ύδρευσης προκαλούνται από κάποιο τυχαίο γεγονός, όπως µια διακοπή ρεύµατος ή το σπάσιµο ενός αγωγού. Επο- µένως, για να είναι αξιόπιστο το δίκτυο θα πρέπει να σχεδιάζεται µε ικανοποιητικό πλεονασµό, έτσι ώστε να παρέχεται νερό οποιαδήποτε στιγµή. Η αξιοπιστία ενός δικτύου βελτιώνεται µε το σωστό σχεδιασµό, λειτουργία και συντήρηση του. Στη συνέχεια περιγράφονται µερικά πρακτικά µέτρα τα οποία βελτιώνουν την αξιοπιστία ενός δικτύου ύδρευσης (Cullinane, 1989; Walski, 1993; Coulter et al., 2000). 3 Μέτρα Βελτίωσης Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τα µέτρα που µπορούν να ληφθούν κατά το σχεδιασµό ενός δικτύου ύδρευσης. Τα περισσότερα από τα µέτρα αυτά συνήθως χρησιµοποιούνται, αν και συχνά οι µηχανικοί τα αποφεύγουν για λόγους ελαχιστοποίησης του κόστους. 3.1 Υλικά αγωγών Ο µεγάλος αριθµός διαθέσιµων υλικών που υπάρχει στο εµπόριο και οι διαφορετικές περιβαλλοντικές 51

3 συνθήκες στις κατά τόπους περιοχές µπορούν να περιπλέξουν την επιλογή του υλικού των αγωγών. Συγκεκριµένα, το υλικό των αγωγών πρέπει να είναι κατάλληλο για τις συνθήκες του χώρου τοποθέτησης και ανθεκτικό στα εσωτερικά και εξωτερικά φορτία, τα οποία αυτό δέχεται. Τα περισσότερα υλικά αγωγών µπορούν να αποδώσουν κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες και συνεπώς, το κόστος είναι αυτό που καθορίζει την επιλογή τους σε συνδυασµό µε την ευκολία συντήρησης και την ιστορική καταγραφή της απόδοσης τους στην συγκεκριµένη χρήση. Η πίεση λειτουργίας του αγωγού είναι εκείνη που καθορίζει το πάχος του και συνεπώς, επέκταση της αντοχής του στις θραύσεις. Σε περιοχές, λοιπόν, που ο αγωγός θα υποβληθεί σε εξαιρετικά µεγάλα φορτία και ο αντίκτυπος µιας αποτυχίας θα είναι µεγάλος, όπως π.χ. δίπλα στους υπόγειους σταθ- µούς του µετρό, το πρόσθετο κόστος ενός σωλήνα µε µεγαλύτερο πάχος τοιχωµάτων µπορεί να δικαιολογηθεί σχετικά µε ευκολία. Η αποφυγή βλάβης σε ένα αγωγό από τυχαία επαφή κατά τη διάρκεια µιας εκσκαφής καθιστά τους µεταλλικούς σωλήνες πιο κατάλληλους. Ση- µειώνεται ότι είναι δυσκολότερο να επισκευαστούν σε περίπτωση βλάβης οι σύνθετοι σωλήνες, όπως οι αγωγοί από σκυρόδεµα ή fiberglass, από ότι οι σωλήνες που γίνονται από ένα οµοιογενές υλικό, όπως π.χ. είναι ο χυτοσίδηρος ή το PVC. 3.2 ιατοµή αγωγών Έχει διαπιστωθεί ότι η διατοµή των αγωγών έχει επιπτώσεις στην αξιοπιστία ενός δικτύου ύδρευσης. Συγκεκριµένα, οι αγωγοί µε µεγαλύτερη διάµετρο από την ελαχίστη απαιτούµενη παρέχουν επιπλέον αξιοπιστία, επειδή έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν περισσότερο νερό για να ικανοποιηθεί η ζήτηση σε περίπτωση που κάποιος άλλος γειτονικός αγωγός έχει υποστεί βλάβη. Επιπλέον, επειδή οι βλάβες στους περισσότερους αγωγούς οφείλονται σε θραύση, είναι προτιµότεροι οι αγωγοί µεγάλης διαµέτρου, γιατί παρουσιάζουν µεγαλύτερη αντοχή από ότι οι αγωγοί µικρότερης διαµέτρου (Walski, 1993). Όµως, στις περισσότερες περιπτώσεις η αύξηση του κόστους δεν µπορεί να δικαιολογηθεί, εάν ήδη έχει γίνει η επιλογή διαµέτρου, αποκλειστικά και µόνο για την αύξηση της αξιοπιστίας του δικτύου. 3.3 Κλειστό ίκτυο Ύδρευσης Σε κάθε δίκτυο ύδρευσης συχνά απαιτείται η διακοπή της λειτουργίας του, καθώς παρατηρούνται αστοχίες στους αγωγούς από θραύσεις ή για λόγους συντήρησης του. Ο αριθµός των καταναλωτών που θα επηρεάζονται από τις διακοπές αυτές και η δυνατότητα παροχής νερού σε κάποιους χρήστες παρά την αποµόνωση ενός τµήµατος του δικτύου εξαρτάται από την ύπαρξη βρόχων και εναλλακτικών παράλληλων διαδροµών, καθώς και από τις θέσεις και τον αριθµό των εγκατεστηµένων βανών λειτουργίας στο δίκτυο. Έτσι, λοιπόν, εάν το δίκτυο είναι σχεδιασµένο σωστά, µε αγωγούς ικανοποιητικής διαµέτρου και ικανοποιητικό αριθµό βανών, η αστοχία ενός τµήµατος του δικτύου δεν θα έχει σοβαρές επιπτώσεις για τους περισσότερους καταναλωτές. Η αύξηση της διαµέτρου κάποιων αγωγών του δικτύου µε µικρή διάµετρο, π.χ. 90mm, 100mm, µπορεί να γίνει µε βάση τις απαιτήσεις λόγω πυρκαγιάς. Οι αγωγοί αυτοί θα είναι σηµαντικά µεγαλύτερου µεγέθους για να ικανοποιήσουν τη µέση ηµερήσια ζήτηση (η ταχύτητα είναι εξαιρετικά χα- µηλή) και η απώλεια ενός τµήµατος του δικτύου από κάποια βλάβη θα περάσει απαρατήρητη στο υπόλοιπο δίκτυο. Συνήθως, υποτίθεται ότι εάν το δίκτυο είναι κλειστό/κυκλοφοριακό και µπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις λόγω πυρκαγιάς, η αστοχία σε κάποιο τµήµα του δεν θα προκαλέσει σηµαντικά προβλήµατα, παρά µόνο στην περίπτωση που υπάρχει ταυτόχρονα και πυρκαγιά. Παρόλα αυτά, η πιθανότητα ταυτόχρονης εµφάνισης πυρκαγιάς και διακοπής λειτουργίας του δικτύου, που να προκαλείται από σπάσιµο ενός αγωγού είναι εξαιρετικά µικρή. Στην περίπτωση των µεγάλων κύριων κεντρικών αγωγών, οι ταχύτητες µπορεί να µην είναι µικρές και οι βρόχοι είναι δυνατό να περιέχουν κάποιο αγωγό µε περιορισµένη παροχή. Από µόνη της, λοιπόν, η ύπαρξη βρόχων δεν εγγυάται ικανοποιητική παροχή µέσω εναλλακτικής πορείας του νερού γύρω από το βρόχο σε περίπτωση αστοχίας ενός αγωγού. Εποµένως, κατά την µελέτη ενός δικτύου ύδρευσης πρέπει να εξετάζεται η επίδραση της απώλειας µεµονωµένων τµηµάτων του δικτύου, έτσι ώστε να µπορεί να παρέχεται η απαιτούµενη ζήτηση στο ελάχιστο αποδεκτό ύψος πίεσης. Η επίδραση αυτή µπορεί να ελεγχθεί µε την χρήση ενός µοντέλου υδραυλικής προσοµοίωσης του δικτύου. Σηµειώνεται ότι κατά την προσοµοίωση αυτή θα πρέπει να εξετάζεται η επιρροή της θέσης των βαλβίδων του δικτύου στην απώλεια ενός τµήµατος αυτού. 52

4 3.4 Βάνες λειτουργίας (Βάνες ελέγχου) Οι βάνες λειτουργίας επιτρέπουν στο προσωπικό της εταιρείας ύδρευσης να αποµονώνει επιµέρους τµήµατα του δικτύου, τα οποία παρουσιάζουν πρόβληµα. Πρέπει, λοιπόν, να τοποθετούνται αυτές κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να µη χρειάζονται παραπάνω βάνες για την αποµόνωση ενός τµήµατος του δικτύου. Στην περίπτωση που ένας αγωγός µεγάλης δια- µέτρου διασταυρώνεται µε έναν αγωγό µικρής δια- µέτρου, θεωρείται πιο αποτελεσµατικό να τοποθετηθούν δύο βάνες στον αγωγό µικρής διαµέτρου και µία βάνα στον αγωγό µεγάλης διαµέτρου στα κατάντη της διασταύρωσης. Βάνες πρέπει να τοποθετούνται, επίσης, σε κάθε πυροσβεστικό κρουνό και σε κάθε σηµαντική υπηρεσία του δικτύου. Οι βάνες αυτές πρέπει να τοποθετούνται όσο πιο κοντά γίνεται στον κύριο αγωγό. Οι βάνες λειτουργίας σε ένα δίκτυο ύδρευσης πρέπει να τοποθετούνται σε απόσταση µικρότερη των 150m η µία από την άλλη σε βιοµηχανικές περιοχές και 250m στο υπόλοιπο δίκτυο. Επίσης, ενδείκνυται η τοποθέτηση βανών στα άκρα κάθε οικοδοµικού τετραγώνου, ώστε σε περίπτωση επισκευής ενός αγωγού να µην παρέχεται νερό µόνο σε ένα οικοδοµικό τετράγωνο. Στην περίπτωση αυτή είναι προφανές ότι αυξάνεται σηµαντικά το κόστος του δικτύου. Για το λόγο αυτό είναι προτι- µότερο να τοποθετούνται βάνες ανά 2 4 οικοδο- µικά τετράγωνα, ώστε η κατασκευή ενός δικτύου ύδρευσης να είναι οικονοµικότερη. 3.5 εξαµενές αποθήκευσης Η αποθήκευση νερού µε την κατασκευή δεξαµενής αποθήκευσης βελτιώνει την αξιοπιστία του δικτύου σε δύο περιπτώσεις. Συγκεκριµένα: α) Η δεξαµενή αποθήκευσης παρέχει µια εναλλακτική πηγή νερού σε περίπτωση που ένα τµήµα του δικτύου διανοµής αποκοπεί από την υδροληψία. β) Παρέχει επιπλέον ποσότητα νερού κατά τη διάρκεια έκτακτων αναγκών, όπως είναι οι πυρκαγιές. Σε µεγάλα δίκτυα, η τοποθέτηση µιας δεξαµενής αποθήκευσης µακριά από την υδροληψία µπορεί να µειώσει σηµαντικά το κόστος των κύριων αγωγών διανοµής, καθώς και να περιορίσει την ανάγκη για πλεονασµό. Η ύπαρξη δεξαµενής αποθήκευσης σηµαίνει ότι ο καταθλιπτικός αγωγός που συνδέει την υδροληψία µε το δίκτυο θα µπορεί να βρεθεί εκτός λειτουργίας για έναν σύντοµο χρονικό διάστηµα χωρίς σοβαρή διακοπή της λειτουργίας του δικτύου. Μία πιεζοµετρική ζώνη του δικτύου, όπως π.χ. υψηλής ή χαµηλής ζώνης, λειτουργεί καλύτερα όταν είναι συνδεδεµένη µε µια µόνο δεξαµενή αποθήκευσης από ότι να ήταν συνδεδεµένη µε πολλές. Όµως, µερικές φορές οι δεξαµενές πρέπει να τίθενται εκτός λειτουργίας, όπως για παράδειγµα για επιθεώρηση, για καθαρισµό ή για βάψιµο. Συνεπώς, είναι προφανές ότι σε µια πιεζοµετρική ζώνη που είναι συνδεδεµένη µε µόνο µια δεξαµενή θα υπάρξει µεγαλύτερη δυσκολία στη διατήρηση των πιέσεων και στην ικανοποίηση των µέγιστων απαιτήσεων λόγω έκτακτης ανάγκης, όταν η δεξαµενή αυτή τεθεί εκτός λειτουργίας. Όµως, και η διατήρηση µεγάλων ποσοτήτων αποθηκευµένου νερού σε δεξαµενές και µάλιστα, για αρκετό χρονικό διάστηµα µπορεί να προκαλέσει αλλοίωση της ποιότητας του αποθηκευµένου νερού. Συνεπώς, στην περίπτωση αυτή ο στόχος για αύξηση της αξιοπιστίας του δικτύου ύδρευσης έρχεται σε αντίθεση µε την απαίτηση των καταναλωτών για νερό καλής ποιότητας. 3.6 Εφεδρικές αντλίες Οι αντλίες είναι βασικά εξαρτήµατα για τη µεταφορά του νερού από τις υδροληψίες στο δίκτυο και απαιτούν σχεδόν καθηµερινή συντήρηση για να βρίσκονται σε καλή κατάσταση λειτουργίας. Επο- µένως, πρέπει να υπάρχουν διαθέσιµες εφεδρικές αντλίες στο αντλιοστάσιο κάθε πιεζοµετρικής ζώνης. Ο συνηθισµένος κανόνας για τον αριθµό αντλιών που πρέπει να τοποθετούνται είναι ότι το αντλιοστάσιο θα πρέπει να είναι σε θέση να ικανοποιήσει τις παροχές σχεδιασµού, όταν η µεγαλύτερη αντλία είναι εκτός λειτουργίας. 3.7 Εφεδρική γεννήτρια Οι περισσότερες αντλίες λειτουργούν µε τη χρήση ηλεκτρικού ρεύµατος, οπότε για να αυξηθεί η αξιοπιστία του αντλιοστασίου πρέπει να υπάρχει µια εφεδρική γεννήτρια ή µια αντλία που να λειτουργεί µε µηχανή εσωτερικής καύσης. Η εγκατάσταση µιας εφεδρικής γεννήτριας εξαρτάται από την ύπαρξη δεξαµενής αποθήκευσης στα κατάντη του αντλιοστασίου ή εναλλακτικών πηγών και την αξιοπιστία της παροχής ηλεκτρικού ρεύµατος. Εάν υπάρχει µια εναλλακτική υδροληψία ή µια δεξα- µενή αποθήκευσης στην πιεζοµετρική ζώνη, τότε συνήθως δεν κρίνεται σκόπιµη η ύπαρξη εφεδρικής γεννήτριας. Μια µηχανή εσωτερικής καύσης, που συνδέεται άµεσα σε µια αντλία, είναι γενικά µικρότερου κόστους από µια γεννήτρια. Όµως, η γεννή- 53

5 τρια µπορεί να χρησιµοποιηθεί και για το φωτισµό του αντλιοστασίου κατά τη διάρκεια µιας διακοπής του ρεύµατος, γι αυτό και συνήθως προτιµάται από την µηχανή εσωτερικής καύσεως. 3.8 Εξαρτήµατα ελέγχου έκτακτης ανάγκης Τα αντλιοστάσια πρέπει να σχεδιάζονται κατά τρόπο ώστε να µπορούν να λειτουργήσουν ικανοποιητικά ακόµα και σε περίπτωση που κάποια αντλία αστοχήσει ή σε περίπτωση πλήγµατος κριού. Είναι δυνατόν µια αντλία λόγω αστοχίας να στείλει νερό στο δίκτυο µε πίεση µεγαλύτερη από αυτή που πρέπει και συνεπώς, λόγω πλήγµατος κριού να προκληθούν θραύσεις στους αγωγούς του δικτύου ή στις εσωτερικές υδραυλικές εγκαταστάσεις των κτιρίων. Συνεπώς, θα ήταν πολύ χρήσιµο, να υπάρχουν στο δίκτυο εγκατεστηµένα αυτοµατοποιηµένα εξαρτή- µατα ελέγχου των έκτακτων καταστάσεων, τα οποία θα ενεργοποιούν αυτόµατα τις αντιπληγµατικές βαλβίδες πίεσης και θα ειδοποιούν το προσωπικό λειτουργίας για τα προβλήµατα που προκύπτουν. 3.9 Συνδέσεις έκτακτης ανάγκης Στα περισσότερα δίκτυα ύδρευσης προτιµάται να µην αναµιγνύεται το νερό τους µε νερό από γειτονικά δίκτυα. Παρόλα αυτά, οι συνδέσεις µε γειτονικά δίκτυα είναι συχνά ένας τρόπος αύξησης της αξιοπιστίας του δικτύου χωρίς ιδιαίτερο κόστος. Οι διασυνδέσεις των δικτύων θα πρέπει: α) Να εγκαθίστανται πριν να εµφανιστεί έκτακτη ανάγκη. β) Να έχουν γίνουν µετρήσεις, ώστε να έχει εξεταστεί η µεταβολή του πιεζοµετρικού φορτίου σε κάθε δίκτυο. γ) Να έχει γίνει κατάλληλη επιλογή και τοποθέτηση των αντλιών και των βανών λειτουργίας. Για την ικανοποίηση των µέγιστων ζητήσεων ή την δυνατότητα παροχής νερού σε περίπτωση πυρκαγιάς, η σύνδεση θα πρέπει να επιτρέπει τη ροή µεταξύ των δικτύων αυτόµατα. Σε περιπτώσεις, όµως, που οι συνδέσεις των δικτύων είναι σπάνιες και µόνο σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης, κρίνεται αναγκαία η ύπαρξη ενός χειριστή για να την χειροκίνητη ενεργοποίηση τους. Αν, όµως, συµβαίνει να µην χρησιµοποιείται συχνά ο συνδετήριος αγωγός, τότε µπορεί να σηµειωθεί επιδείνωση της ποιότητας του νερού αυτού. Γι αυτό το λόγο, πρέπει να γίνεται καθαρισµός και πλύση του αγωγού ανά τακτά χρονικά διαστήµατα Μαθηµατικά µοντέλα προσοµοίωσης Τα µαθηµατικά µοντέλα προσοµοίωσης είναι ένα σηµαντικό εργαλείο για το σχεδιασµό και την ανάλυση αξιοπιστίας ενός δικτύου ύδρευσης. Ο µελετητής πρέπει να εκµεταλλεύεται τις δυνατότητες που παρέχουν τα µοντέλα αυτά και σε συνδυασµό µε G.I.S. οδηγούν στο βέλτιστο σχεδιασµό ενός δικτύου ύδρευσης. Με την εισαγωγή ενός δικτύου ύδρευσης σε ένα τέτοιο µοντέλο προσοµοίωσης µπορεί να γίνει ο έλεγχος της λειτουργίας του σε σχέση µε το χρόνο και να προσοµοιωθεί ακόµη και η ποιότητα του νερού. Μπορεί να γίνει, επίσης, προσοµοίωση του δικτύου για διάφορα σενάρια λειτουργίας, καθώς και για συνθήκες έκτακτης ανάγκης, όπως είναι περιπτώσεις αστοχίας κάποιων κρίσιµων αγωγών του δικτύου ή πυρκαγιάς και να εξεταστούν οι επιπτώσεις που θα έχουν αυτές στους καταναλωτές Ανάλυση υδραυλικών ασυνεχειών Οι υδραυλικές ασυνέχειες (πλήγµα κριού) εµφανίζονται στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν το νερό επιταχύνει ή επιβραδύνει. Τα άµεσα αποτελέσµατα των ασυνεχειών αυτών στο δίκτυο είναι αµελητέα. Όµως, στους µεγάλους κεντρικούς αγωγούς και στα αντλιοστάσια, µε τις υψηλές ταχύτητες ροής οι επιπτώσεις των υδραυλικών ασυνεχειών είναι αρκετά σηµαντικές, καθώς µπορεί να προκληθεί θραύση των αγωγών. Εποµένως, στις περιπτώσεις αυτές η ανάλυση και ο έλεγχος των υδραυλικών ασυνεχειών, καθώς και η χρήση αντιπληγµατικών βαλβίδων, είναι απαραίτητα. 4 Μέτρα Λειτουργίας Αν και ο σωστός σχεδιασµός και κατασκευή ενός δικτύου ύδρευσης είναι οι πιο αποτελεσµατικοί τρόποι για την εξασφάλιση της αξιοπιστίας αυτού, το σύστηµα πρέπει και να λειτουργεί σωστά. Στην περίπτωση αυτή το κατάλληλα εκπαιδευµένο προσωπικό λειτουργίας και το προσωπικό ασφαλείας της εταιρείας ύδρευσης, που ελέγχουν τη σωστή λειτουργία του δικτύου θα µπορεί να εξασφαλίσει µεγαλύτερη αξιοπιστία στο δίκτυο ύδρευσης. 4.1 Επίβλεψη µετρητών και συναγερµών Το προσωπικό ασφαλείας έχει συνήθως στη διάθεση του πολυάριθµους µετρητές και συναγερµούς, που δείχνουν πώς συµπεριφέρεται το δίκτυο. Γι αυτό το λόγο, θα πρέπει το προσωπικό ασφαλείας να προσέχει όλους τους συναγερµούς και να διαβάζει σωστά τους µετρητές τους, έτσι ώστε να µπορεί να αναγνωρίσει τα προβλήµατα µόλις αυτά εµφανιστούν. 54

6 Η ξαφνική µείωση π.χ. της στάθµης του νερού σε µια δεξαµενή ή ένα ανεξήγητο άλµα κατά την εκκένωση των αντλιών µπορούν να προκαλέσουν σηµαντικά προβλήµατα στους αγωγούς. Η γρήγορη αντίδραση του προσωπικού ασφαλείας µπορεί να βοηθήσει στην αποτροπή µια σοβαρής διακοπής της λειτουργίας του δικτύου. Εποµένως, διαπιστώνεται ότι δευτερεύοντα προβλήµατα µπορούν να εξελιχθούν σε σηµαντικά προβλήµατα, εάν το προσωπικό ασφαλείας δεν αποκριθεί σωστά. 4.2 Ειδική κατάρτιση για καταστάσεις έκτακτης ανάγκης Το προσωπικό ασφαλείας πρέπει να εκπαιδεύεται, πώς να αντιδρά σωστά σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Είναι απαραίτητο στο προσωπικό αυτό, να του παρέχονται σαφείς οδηγίες µε τις ενέργειες που πρέπει να γίνουν άµεσα, ώστε να µην υπάρξει επιδείνωση του προβλήµατος, καθώς και ένας κατάλογος µε τα άτοµα που πρέπει να έρθει άµεσα σε επαφή. Η θραύση των αγωγών και οι διακοπές ρεύ- µατος είναι δυνατό να εµφανιστούν οποιαδήποτε στιγµή της ηµέρας και του έτους, όπως κατά τη διάρκεια της νύχτας και σε ηµέρες αργίας. Η εκπαίδευση του προσωπικού ασφαλείας πρέπει να βασίζεται στο γεγονός αυτό. Επιπλέον, το προσωπικό ασφαλείας πρέπει να έχει µια εξωτερική τηλεφωνική γραµµή, που θα µπορεί να λειτουργεί κατά τη διάρκεια µιας κατάστασης έκτακτης ανάγκης. 4.3 Ελαχιστοποίηση των ασυνεχειών Οι ασυνέχειες της ροής που δηµιουργούνται από το απότοµο κλείσιµο ή άνοιγµα µιας βάνας ή από το απότοµο σταµάτηµα ή ξεκίνηµα µιας αντλίας µπορούν να προκαλέσουν τη θραύση των αγωγών. Το προσωπικό λειτουργίας πρέπει να είναι κατάλληλα εκπαιδευµένο για να χρησιµοποιεί σωστά τον εξοπλισµό και µε τέτοιο τρόπο, ώστε να ελαχιστοποιούνται οι ασυνέχειες στη ροή. Η εκτόνωση των ασυνεχειών γίνεται συνήθως µε τη χρήση δεξαµενών εξισορρόπησης, αεριοφυλάκια και αντιπληγµατικές βαλβίδες. Επιπλέον, το προσωπικό λειτουργίας θα πρέπει να ελέγχει αν ο όγκος αέρα στα αεροφυλάκια και η στάθµη του νερού στις δεξαµενές εξισορρόπησης είναι στα απαιτούµενα επίπεδα. 4.4 ιατήρηση της στάθµης των δεξαµενών Εάν εµφανιστεί µια κατάσταση έκτακτης ανάγκης, το χρονικό διάστηµα προτού να µείνει το δίκτυο χωρίς νερό θα εξαρτηθεί από την ποσότητα νερού στις δεξαµενές αποθήκευσης. Εποµένως, από την πλευρά της αξιοπιστίας, το δίκτυο πρέπει να έχει γεµάτες τις δεξαµενές ανά πάσα στιγµή. Όµως, αυτό έρχεται άµεσα σε αντίθεση µε το ότι οι δεξαµενές αποθήκευσης χρησιµοποιούνται για να ικανοποιηθούν οι προσωρινές ανάγκες που προκύπτουν από µεταβολές στη ζήτηση. Το δίκτυο µέσα από τη λειτουργία του πρέπει να ισορροπήσει αυτούς τους αλληλοσυγκρουόµενους στόχους. Για το λόγο αυτό η στάθµη του νερού στη δεξαµενή πρέπει να παραµένει σε αρκετά υψηλά επίπεδα και το προσωπικό λειτουργίας του δικτύου πρέπει να φροντίζει για αυτό. 5 Μέτρα Συντήρησης Ενώ ο κατάλληλος σχεδιασµός και η σωστή λειτουργία µπορούν να βελτιώσουν την αξιοπιστία ενός δικτύου ύδρευσης, η συντήρηση είναι συνήθως αυτή που καθορίζει, εάν το δίκτυο είναι αξιόπιστο. Η συντήρηση, συνήθως, επηρεάζει την αξιοπιστία των δικτύων ύδρευσης µε την ελάττωση των αστοχιών των εξαρτηµάτων και µε την άµεση επισκευή οποιουδήποτε εξαρτήµατος, όταν αυτό πάψει να λειτουργεί. 5.1 ιατήρηση αρχείου βανών Το βασικό στοιχείο για την ελαχιστοποίηση του αντίκτυπου, που µπορεί να έχει ένα πρόβληµα σε ένα δίκτυο ύδρευσης είναι το να µπορεί να αποµονώνεται η προβληµατική περιοχή από το υπόλοιπο δίκτυο µε τη χρήση βανών λειτουργίας. Οι βάνες µπορούν να φανούν χρήσιµες µόνο, εάν το προσωπικό συντήρησης µπορεί να τις βρει για να τις θέσει σε λειτουργία. Για το λόγο αυτό η τήρηση ενός αρχείου, όπου είναι καταγεγραµµένη η θέση των βανών στο δίκτυο είναι ο σωστός τρόπος για την εύρεση τους και την εξασφάλιση ενός γρήγορου και αποδοτικού κλεισίµατος. 5.2 Έλεγχος λειτουργίας βανών Η γνώση της θέσης µιας βάνας λειτουργίας δεν εγγυάται ότι αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί, όταν χρειαστεί. Σε περίπτωση που παρουσιαστεί µια κατάσταση έκτακτης ανάγκης δεν είναι η καλύτερη χρονική στιγµή για να διαπιστωθεί ότι κάποιες από τις βάνες του δικτύου δεν λειτουργούν. Τέτοια προβλήµατα µπορούν να αποτραπούν µε την διεξαγωγή ενός προγράµµατος ελέγχου της σωστής λειτουργίας των βανών. Αυτό περιλαµβάνει 55

7 την ενεργοποίηση κάθε βάνας στο δίκτυο ετησίως τουλάχιστον µια φορά. Οπότε, όταν χρειαστεί είναι βέβαιο ότι οι βάνες µπορούν να βρεθούν και να χρησιµοποιηθούν. 5.3 Κατάλογος του εξοπλισµού συντήρησης Το προσωπικό συντήρησης πρέπει να διατηρεί έναν κατάλογο των εξαρτηµάτων που βρίσκονται στις αποθήκες της υπηρεσίας, όπως σωλήνων, βανών, στοµίων υδροληψίας, σφικτήρων συνδέσµων κ.λπ., που ενδεχοµένως απαιτούνται για να επισκευαστεί οποιοδήποτε τµήµα του δικτύου χρειαστεί ανά πάσα στιγµή. Τα εξαρτήµατα που χρησιµοποιούνται θα πρέπει να αποκαθίστανται ώστε να είναι πάντα διαθέσιµα στις αποθήκες και να ενηµερώνεται ο κατάλογος εξοπλισµού. 5.4 Προγραµµατισµένες διακοπές λειτουργίας Περιστασιακά είναι απαραίτητο κάποιο εξάρτηµα να τεθεί εκτός λειτουργίας για συντήρηση. Για παράδειγµα, µια δεξαµενή αποθήκευσης µπορεί να χρειαστεί να ξαναβαφτεί ή µια αντλία να χρειάζεται αντικατάσταση. Μια τέτοια διακοπή θα µειώσει την απόδοση του δικτύου, οπότε πρέπει να εξετάζεται η επίδραση της στο δίκτυο. Ένα µοντέλο του δικτύου σε υπολογιστή µπορεί να είναι πολύτιµο εργαλείο για την περίπτωση αυτή. Οι διακοπές αυτές θα πρέπει να γίνονται προγραµµατισµένα σε χρονικές περιόδους που η ζήτηση στο δίκτυο είναι µειωµένη, ώστε να µην δηµιουργούνται δυσκολίες στους καταναλωτές. 5.5 Αντικατάσταση και αποκατάσταση αγωγών Σε ένα δίκτυο ύδρευσης πρέπει να αντικαθίστανται οι αγωγοί, οι οποίοι δε λειτουργούν σωστά, λόγω των συχνών θραύσεων τους, λόγω µείωσης των διατοµών τους ή λόγω µείωσης του ύψους πίεσης. Ο εντοπισµός των αγωγών αυτών µπορεί να προκύψει από την ανάλυση αρχείων θραύσεων των αγωγών. Για παράδειγµα, µπορεί να διαπιστωθεί ότι οι παλιοί αγωγοί από χυτοσίδηρο σπάζουν συχνά κατά τη διάρκεια του κρύου καιρού και ως εκ τούτου πρέπει να είναι υποψήφιοι για αντικατάσταση. 5.6 Έλεγχος διαρροών Σε ένα δίκτυο ύδρευσης υπάρχουν αρκετές διαρροές στους αγωγούς, οι οποίες µε την πάροδο του χρόνου αυξάνονται και δηµιουργούν έντονο πρόβληµα στην αξιοπιστία του δικτύου. Εποµένως, είναι απαραίτητη η εφαρµογή ενός προγράµµατος ανίχνευσης των διαρροών και επισκευής των προβληµατικών αγωγών, ώστε να µειωθεί το συνολικό επίπεδο διαρροών. Για να διατηρηθεί το µειωµένο αυτό επίπεδο θα πρέπει να εφαρµόζεται ένα πρόγραµµα ανίχνευσης των διαρροών, το οποίο θα περιλαµβάνει έλεγχο του δικτύου διανοµής για διαρροές κάθε δύο χρόνια (Ivan et al., 2000). Ο έλεγχος των διαρροών στα δίκτυα ύδρευσης γίνεται µε την ακουστική µέθοδο, η οποία εφαρ- µόζεται πολύ εύκολα και έχει πολύ υψηλή απόδοση. Ο εξοπλισµός για να ξεκινήσει η εφαρµογή ενός προγράµµατος ανίχνευσης των διαρροών είναι αρκετά ακριβός, αλλά µετά την πρώτη καταγραφή το µοναδικό κόστος είναι η µισθοδοσία του τεχνικού προσωπικού. 5.7 Έλεγχος λειτουργίας του εφεδρικού εξοπλισµού Το προσωπικό συντήρησης του δικτύου θα πρέπει να ακολουθεί ένα πρόγραµµα περιοδικού ελέγχου λειτουργίας του εφεδρικού εξοπλισµού για να εξασφαλίζεται ότι θα λειτουργήσει σωστά, όταν αυτός θα χρειαστεί να τεθεί σε λειτουργία. 5.8 Βάση δεδοµένων σε περιβάλλον G.I.S. Η εισαγωγή του δικτύου υδρευσης σε περιβάλλον G.I.S. σε ένα ηλεκτρονικό υπολογιστή είναι ο καλύτερος τρόπος ελέγχου της σωστής συντήρησης του, ώστε να αυξηθεί η αξιοπιστία του. Όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την συντήρηση του δικτύου πρέπει είναι καταγεγραµένα σε µια βάση δεδοµένων, η οποία πρέπει να συνδέεται µε το ψηφιακό µοντέλο του δικτύου και να µπορεί να ενηµερώνεται άµεσα και εύκολα. Τα αρχεία βανών, το πρόγραµµα ελέγχου της σωστής λειτουργίας των βανών, οι προγραµµατισµένες διακοπές λειτουργίας, το πρόγραµµα αντικαταστασης και αποκατάστασης των αγωγών και ο κατάλογος του εξοπλισµού αντικατάστασης πρέπει να περιέχονται στη βάση δεδο- µένων, η οποία θα ενηµερώνει το προσωπικό συντήρησης για τις καθηµερινές εργασίες του. 6 Συµπεράσµατα Η διασφάλιση ενός αξιόπιστου δικτύου ύδρευσης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, οι οποίοι µπορούν να αυξήσουν ή να µειώσουν την αξιοπιστία 56

8 του. Τα µέτρα που παρουσιάστηκαν για την βελτίωση της αξιοπιστίας σε ένα δίκτυο ύδρευσης επιβαρύνουν το κόστος κατασκευής του. Για το λόγο αυτό όταν εφαρµόζεται κάποιο από τα παραπάνω µέτρα πρέπει να γίνεται έλεγχος της σχέσης µεταξύ αξιοπιστίας και κόστους, ώστε το δίκτυο να λειτουργεί όσο το δυνατό πιο ικανοποιητικά από πλευρά αξιοπιστίας, χωρίς το κόστος κατασκευής και λειτουργίας του να φτάνει σε απαγορευτικά επίπεδα. Βιβλιογραφία American Water Works Association (AWWA), (1974). Water distribution research and applied development needs. Journal AWWA, pp Cullinane, M. J. (1989). Determining availability and reliability for water distribution systems. In: Mays, L. W. (ed.), Reliability Analysis of Water Distribution Systems. ASCE, New York, pp Cullinane M. J., K. Lansey and L.W. Mays (1992). Optimization-availability based design of water distribution networks. J. Hydraulic Engineering. ASCE, 118, pp Goulter, I. C. (1995). Analytical and simulation models for reliability analysis in water distribution systems. In: E. Cabrera and F. Martinez (eds.), Improving Efficiency and Reliability in Water Distribution, Kluwer Academic Publ., Dordrecht, The Netherlands, pp Goulter I., M. Thomas, W. L. Mays, B. Sakarya, F. Bouchart and Y.K. Tung (2000). Reliability analysis for design. In: Mays W. L. (ed) Water Distribution Systems Handbook, McGraw-Hill, New York, pp Ivan G., J. Morrison and C. Murray (2000). Water Supply Network of Thessaloniki - Immediate Measures. Packages 3 and 4 Strategic Model Build and Leakage Assessment, Hyder Consulting, Doc. No. BM00639/D3/01. Walski, T. M. (1993). Practical aspects of providing reliability in water distribution systems. Reliability Analysis and System Safety, 42, pp Xu C. and I. C. Goulter (1999). Reliability-based optimal design of water distribution networks. J. Water Resources Planning & Management. ASCE, 125(6), pp Γιαννόπουλος, Στ. και. Βοχαΐτης (2003). Εκτίµηση της αξιοπιστίας των δικτύων ύδρευσης µε τη µέθοδο των ελαχίστων συνόλων αποκοπής. Πρακτικά 9 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Ε.Υ.Ε., Θεσσαλονίκη, σελ