Ing. Katarína Tóthová, PhD., Ing. Vanda Dubová
Stavebná fakulta STU v Bratislave, Katedra zdravotného a environmentálneho inžinierstva, Radlinského 11, Bratislava 

   Výsledkom sú vysoké straty vody, ktorých najväčší podiel tvoria fyzické úniky z potrubí. Tento nepriaznivý stav nie je možné vyrovnať počas krátkeho obdobia, pretože finančné zdroje sú limitované hlavne sociálnou udržateľnosťou ceny vody. Legislatívou požadované zabezpečenie stále vyššej kvality tovarov a dodávaných služieb neprerušovaného zásobovania vodou prevádzkovateľa vodovodu tlačí do zavedenia efektívnych postupov prevádzkovania, ku ktorým patria aj postupy aktívnej kontroly únikov vody ako súčasť manažmentu strát vody. Príspevok opisuje jednoduché a dostupné praktiky analýzy prietokov, ktorých výsledkom je dôležitá informácia o potrebe uplatnenia pokročilých postupov aktívneho vyhľadávania únikov použitím moderných prístrojových vybavení. Nasadenie drahých korelačných prístrojov sa tak stáva efektívnejším a využije sa naozaj len tam kde je indikovaný významnejší únik, ktorého odhalenie a odstránenie významne prispeje k zníženiu strát vody.

Manažment strát vody
Manažment strát vody je súbor organizačných a technických činností, ktoré sú smerované k znižovaniu strát vody a k ich efektívnej kontrole. Snahou vodárenskej spoločnosti je znížiť straty vody na najnižšiu reálnu hranicu, avšak za optimálnych ekonomických podmienok. To si vyžaduje systémový prístup k znižovaniu strát. Ak preskočíme dôležitosť fáz projekčnej a realizačnej prípravy vodovodného systému, pri východiskovej pozícii znižovania strát v prevádzkových podmienkach, sú pri riadení strát rozhodujúce štyri základné činnosti: aktívna a pasívna kontrola únikov manažment tlaku v sieti manažment opráv odhalených porúch, manažment použitého materiálu, evidencia a vyhodnocovanie porúch
Každá z vymenovaných činnosti si vyžaduje organizačné zabezpečenie, ktoré často buď chýba alebo nepokrýva všetky potrebné oblasti a stáva sa príčinou neúspechu reálneho zníženia strát vody. Pravidlom je, že vodárenská spoločnosť má špičkové prístrojové vybavenie napr. na vyhľadávanie únikov (korelačné prístroje) alebo softvérové vybavenie rôzneho druhu (GIS, SCADA), ale často nie sú stanovené ich vzájomné väzby a priority nasadenia týchto prostriedkov a alebo zlyháva tok potrebných informácií spoločnosťou.
Pre zabezpečenie kontroly strát vody sú dôležité všetky súčasti vymenovaného manažmentu, avšak reálne a pomerne rýchle zníženie vysokej úrovne strát je možné dosiahnuť najmä aktívnym vyhľadávaním skrytých únikov na potrubí prípadne objektoch. Skryté, dlhotrvajúce poruchy - úniky, hoci malej intenzity, predstavujú uniknutý objem vody značne väčší ako je objem strát pri zjavných.

Aktívna kontrola únikov
Aktívna kontrola je súbor postupov riadenia distribúcie vody pri ktorých sú prevádzkovateľom aktívne vyhľadávané a detekované úniky. Na rozdiel od pasívnej kontroly, ktorá spočíva len v zaznamenávaní porúch a únikov, ktoré zistí prevádzka pri bežnej údržbe, alebo ich nahlásia zákazníci alebo verejnosť, je aktívne vyhľadávanie skutočným nástrojom na znižovanie úrovne únikov ako najväčšieho podielu z bilančnej hodnoty strát vody.
Medzi postupy aktívnej kontroly patria používané a známe metódy rozdelenia siete na merateľné okrsky a ich priebežné vyhodnocovanie, ktorého výsledkom je stanovenie priorít nasadenia technických prostriedkov a presnejších metód pre určený okrsok. Inými slovami, aktívna kontrola únikov prebieha v merateľných okrskoch od najjednoduchších metód vyhodnocovania mesačnej a ročnej bilancie vody, cez analýzu minimálnych nočných prietokov, hydrodynamických a hydrostatických tlakov až po nasadenie spresňujúcich postupov na lokalizáciu miest únikov, prípadne nelegálnych odberov.
Merateľné okrsky podľa hydraulického zapojenia môžu byť trvalé alebo aj dočasné. Čím je menší merateľný okrsok, tým presnejšie sú výsledky uplatnenia metód aktívnej kontroly. Nie vždy je však možné sieť rozdeliť do menších celkov a stanoviť prítok a odtok z okrsku. V takýchto prípadoch je možné uplatniť postup nočnej manipulácie uzávermi na sieti, ktorým je možné na krátku dobu vytvoriť menšie okrsky a vyhodnotiť úniky v ich.

Uplatnenie aktívnej kontroly únikov na sieti je možné zhrnúť do postupných krokov:
- vytvorenie samostatne merateľných okrskov
- bilancia vody v okrskoch, vyhodnotenie ukazovateľov vody nefakturovanej a strát vody (objemové ukazovatele, straty na jednotku dĺžky alebo počet prípojok a pod.) a
určenie priorít uplatnenia aktívnej kontroly okrskov na základe výsledkov bilancií v okrskoch
- aktívna kontrola v prioritných okrskoch - analýza nočných prietokov, určenie veľkosti únikov v okrskoch
- aktívna kontrola v prioritných okrskoch - hodnotenie tlaku a jeho manažment
- nasadenie špeciálnych technických prostriedkov lokalizácie únikov v prioritných okrskoch
- návrat k bilančnému hodnoteniu vody nefakturovanej a strát vody v okrskoch, kde bola uplatnená aktívna kontrola únikov

Rozdelenie siete na samostatne merateľné okrsky
Vodovodné siete predstavujú často komplikovanú viacokruhovú hydraulickú sústavu, s viacerými vodojemami, čerpacími prvkami alebo napojenú na viaceré vodné zdroje. I keď hydraulicky je preukázateľne výhodnejšia viacokruhová sieť s možnosťou variantných smerov prietokov podľa aktuálnej potreby, prevádzkové skúsenosti poukazujú na prevažujúce nevýhody takejto siete. Hlavnou nevýhodou takejto jednotnej siete, kde všetko so všetkým je prepojené je netransparentnosť zásobovacích ciest, znemožňujúca rýchlu voľbu zásahu pri neštandardných stavoch, neumožňujúca bilančné kroky pre spresnenie a lokalizáciu presnej spotreby a strát vody a tiež nemožnosť určenia spotrieb a potrieb v lokalitách mesta za účelom plánovania rekonštrukcií či rozšírenia vodovodu. Pri väčších mestských sieťach je delenie predovšetkým hydraulickým problémom a nie je jednoduché nájsť také riešenie, ktoré by neovplyvnilo existujúci stav, prípadne neohrozilo zásobovanie. Vhodnou pomôckou k posúdeniu riešenia prípadne alternatív riešení je matematický výpočtový model siete, ktorý je skalibrovaný a verifikovaný na reálnych meraných dátach. Cieľom vytvoreného matematického modelu je určiť hydraulické charakteristiky vodovodného systému a na ich základe navrhnúť úpravy na sieti tak, aby boli splnené všetky platné hydraulické a technické požiadavky. Ideálnym rozdelením siete na trvalé okrsky so zavedeným on-line monitorovaním prítoku do okrsku je rozdelenie priamo podľa spotrebísk - obcí, prípadne tlakových pásiem mesta.

Stanovenie teoretických hodnôt minimálnych nočných prietokov
V čase nočného pokoja medzi 01-03 hodinou v noci je odber z vodovodnej siete minimálny. Merané prietoky sú v tomto čase ustálené a ich hodnota predstavuje nasledovné súčasti:
- skutočné nočné odbery (spotreba obyvateľstva a veľkoodberateľov)
- skryté úniky (fyzické úniky z potrubia)
Skutočné nočné odbery
Pre spotrebisko s prevažujúcou spotrebou domácností (bez významnejších veľkoodberateľov) je charakteristický priebeh spotreby počas 24 hodín znázornený na obrázku 1. Minimálna hodinová spotreba Qmin [m3/hod] objemovo predstavuje cca 0,8-1 % z denného objemu spotreby Qd [m3/deň]. Ak je v okrsku významnejší veľkoodberateľ je potrebné preveriť jeho nočné odbery na základe meraní a pripočítať k skutočným nočným odberom domácností.

Obrázok 1 Percentuálne rozloženie spotreby vody v spotrebisku s prevažujúcou potrebou v domácnostiach

Skryté úniky z potrubí
Skryté úniky z potrubí v okrsku je možné charakterizovať dvoma kategóriami:
- teoreticky nevyhnutné straty TNS
- odstrániteľné skryté úniky OSU
V každej distribučnej sieti existujú straty vody, ktoré sú technicky nevyhnutné. Existujú vedecké štúdie, ktoré stanovujú úroveň technicky nevyhnutných strát vody TNS. V zahraničí je táto hodnota stanovovaná podľa tzv. Lambertových grafov, ktoré je možno previesť do tabuľky 1 (Lambert 2002). Ako výplývá z tejto tabuľky, hodnota TNS vyjadrená v l.príp-1.deň-1 zavisí od hustoty prípojok a od priemerného prevádzkového tlaku. Lineárnou interpoláciou pre danú hustotu prípojok a priemerný prevádzkový tlak sa stanoví TNS v l.príp-1.deň-1. Vynásobením TNS celkovým počtem prípojok sa potom získa hodnota TNS v l/deň resp. v l/s.

Uvedenou analýzou minimálnych nočných spotrieb v okrsku je možné určiť odstrániteľné úniky v okrsku ako rozdiel nameranej hodnoty Qmin, skutočných odberov odberateľov a technicky nevyhnutných strát .
Na základe určenia hodnoty odstrániteľných únikov v okrsku sa stanovia priority detekcie miest únikov v okrsku. Pre prioritné okrsky, teda tie ktoré sú z pohľadu únikov a strát vody vyhodnotené ako najhoršie a ktorých dĺžka potrubí je menšia ako cca 4km je potrebné nasadiť vyhľadávacie korelačné prístroje na dohľadanie miest únikov. Pri väčších okrskoch je potrebné pred použitím vyhľadávacích korelačných prístrojov zúžiť pravdepodobné miesto výskytu. To je možné realizovaním nočnej manipulácie s uzávermi na sieti s cieľom vytvorenia a vyhodnotenia dostatočne malých okrskov.

Nočné manipulácie na sieti
Postupom uzatvárania uzáverov je možné ohraničiť menšie samostatné zóny spotrebiska tak, aby na presne zaznamenanú dobu (cca 5-10 minút) boli tieto úplne odstavené od prívodu vody. Súčasne v dobe nočných manipulácii je nutné mať zabezpečené kontinuálne meranie prietoku na vstupe do spotrebiska (napr. celej siete mesta, alebo samostatne merateľného okrsku) s časovým krokom záznamu minimálne 1 min. Keďže uzavretie prívodu vody do
sekcií je realizované v čase minimálnych nočných odberov, pokles zaznamenaný na prítoku korešponduje s minimálnym odberom v uzavretej zóne.

Podmienky a príprava nočných manipulácií merania:

- Existencia záznamu o prítoku do okrsku.
Najideálnejšie je kontinuálne zaznamenávaný prítok do sledovaného spotrebiska, napr. okrsku (meraný na dispečingu, alebo dataloggermi na vodomere). V prípade merania objemu vody len vodomerom je potrebné, aby boli ručne zapisované hodnoty v pravidelných intervaloch 1 minúta priamo na mieste počas manipulácie s uzávermi.

- Určenie zón okrsku
Zóny sa určia tak, aby každú zónu bolo možné uzatvoriť systémov uzáverov - oddeľovačov.

- Funkčnosť uzáverov
Uzávery vo funkcii oddeľovačov (uzáver oddeľujúci zóny) je potrebné predom podrobiť analýze ich funkčnosti. V prípade ich nefunkčnosti je potrebné zabezpečiť ich opravu či výmenu.

- Synchronizácia času pred začatím merania
Čas všetkých záznamov je potrebné synchronizovať s časom na dispečingu alebo s hodinkami odčítača. Dôležité je zaznamenať presný čas hlavne v čase úplného uzavretia zóny (zóna môže byť úplne uzavretá uzavretím viacerých uzáverov).

- Časový postup uzatvárania uzáverov
Postup uzatvárania zóna preverenými uzávermi sa stanoví na čas nočných hodín, najlepšie medzi 2-3 nočnou hodinou. Každá zóna okrsku sa uzatvorí postupným pomalým uzatváraním uzáverov - oddeľovačov. Úplné uzavretie jednej zóny sa doporučuje na dobu cca 5-10 minút. Po uplynutí tejto doby uzavretia sa zóna pomaly otvorí do pôvodného stavu. Postupne sa takto vystriedajú všetky pripravené zóny. Medzi uzavretiami zón je potrebný čas na odsledovanie, či sa prítok vrátil do svojho pôvodného stavu. Zmenou prietoku vzniká nebezpečie vzniku novej poruchy, preto aj manipulácia s uzávermi musí byť veľmi pomalá.

- Vyhodnotenie meraní na prítoku do okrsku
Vyhodnotenie špecifického min. nočného prietoku na dĺžku siete [l/s/km] v celom spotrebisku:

qmin = Qmin/L [l/s/km] (1)
,kde Qmin - minimálny nočný prietok medzi 02-03 hod. [l/s]
L - dĺžka potrubí v celom spotrebisku [km]

Určenie priemerného minimálneho nočného prietoku v zóne i:

Qmini = qmin * Li [l/s/km] (2)
,kde qmin - špecifický nočný prietok spotrebiska [l/s/km]
Li - dĺžka potrubí v zóne i [km]
Qmin = ΣQmini [l/s] (3)

Vyhodnotenie zásahov v sieti spočíva v analýze záznamov o prítoku do siete a určenie poklesov pri odstavení jednotlivých zón. Pokles prietoku pri uzavretí zóny i - Qi indikuje veľkosť únikov v nej. Porovnaním hodnoty Qi s hodnotou Qmini (2) sa určí významnosť únikov v zóne vzhľadom na celé spotrebisko.
Kontrolný súčet všetkých poklesov prietokov ΣQi by sa mal rovnať minimálnemu nočnému prietoku Qmin v celom sledovanom spotrebisku. ΣQi = Qmin [l/s] (4) Ak zaznamenaný únik v zóne i Qi > Qmini , tak v okrsku i existuje významnejší únik. Postupom nočných manipulácií a meraní je možné efektívne dohľadať hlavne veľké poruchy, ktoré sú predpokladané v problémovom okrsku. V takomto prípade akustické prístroje na dohľadanie poruchy často zlyhávajú, pretože veľký únik vody nemá indikačný akustický signál.

Lokalizácia nelegálnych odberov
Analýzu minimálnych nočných odberov je možné aplikovať aj na odhad miery nelegálnych odberov v okrsku. Nelegálne odbery predstavujú neautorizovanú spotrebu vody, ktorá je v odbornej literatúre označovaná aj ako ekonomická strata, pretože sa jedná o vodu nezaplatenú v hodnote vodného a pravdepodobne aj stočného koncovému užívateľovi. Preto pri znižovaní strát vody je ekonomicky efektívne venovať zvýšenú pozornosť práve nelegálnym odberom. Odhalenie trvalých „čiernych" prípojok je pomerne zložitý proces. Prvým krokom (indíciou) pri rozhodovaní o začatí systémových krokov k identifikácii čiernych odberov je vyhodnotenie veľkosti strát vody v okrsku SV a určenie ich vzťahu k hodnote minimálneho nočného prietoku Qmin nasledovne:
A. SV ≤ Qmin
B. SV > Qmin
Hodnota strát vody SV a hodnota Qmin musia byť samozrejme porovnávané v rovnakých jednotkách, najlepšie v l/s ako je to vyznačené na obrázku 5. Ak sa hodnota Qmin nachádza približne na úrovni strát vody SV alebo nad ňou (A) v okrsku je evidentný nelegálny odber zo siete.

Obrázok 5 Hranica minimálneho nočného prietoku

Ak sa hodnota Qmin nachádza pod úrovňou strát vody SV (B), v okrsku prevládajú skryté úniky vody. Prioritne je potrebné sa venovať okrskom, ktorých úroveň strát sa nachádza v oblasti A.

Záver
Vyhľadávanie únikov vody na vodovodnej sieti modernými multikorelačnými prístrojmi i napriek ich proklamovaným schopnostiam často neprináša žiadané zníženie objemu strát vody. Príčina môže byť v tom, že tieto prístroje sú nasadzované tam, kde skutočné úniky vody nie sú významné. Preto pred ich použitím je vhodné uplatniť systémový prístup analýzy
prietokov v potrubnej sieti. K ich systematickému vyhodnocovaniu je potrebné zvoliť členenie vodárenského systému na väčšie či menšie okrsky s trvalo alebo dočasne meranými vstupmi a výstupmi. Vyhodnotením bilancií vody v okrskoch spolu s analýzou minimálnych nočných prietokov je možné stanoviť potrebnú informáciu o prioritách nasadenie technických prostriedkov na vyhľadávanie únikov, čím sa zvýši ich efektívnosť a účinnosť.
Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu vedy a techniky na základe Zmluvy č. APVV-20-031804.
Príspevok vznikol v rámci Programu cezhraničnej spolupráce Slovenská Republika- Rakúsko 2007-2013, projektu deWaLoP kód N_0084.

Použitá literatúra
[1] Lambert A. (2002): International report on Water Losses Management and Techniques. Water Science and Technology : Water Supply, Vol.2, No. 4, 2002.
[2] Alegre H., Hirner W., Baptista J.M., Parena R.: Performance Indicators for Water Supply services. IWA Manual of Best Practice.
[3] TUHOVČÁK, L.; TÓTHOVÁ, K. Methodology of Technical and Economic Audit of Water Losses. In Water Loss 2009. 1. Cape Town, Jižní Afrika: IWA International Water Association, 2009. s. 358-364. ISBN: 978-1-920017-38- 5.
[4] TUHOVČÁK, L.; SVOBODA, M.; SHPAIR, D. Ekonomicky akceptovatelná úroveň ztrát vody. In Straty vody vo vodovodných systémoch. Stará Lesná, Slovensko: Hydrotechnológia Bratislava, s.r.o., 2006. s. 37-42.