W każdym, nawet bardzo poprawnie działającym systemie wodociągowym pewna ilość wody wtłoczonej do systemu jest tracona i zakłady wodociągowe, mimo poniesionych nakładów, nie uzyskują przychodów z jej sprzedaży. Szczególnie trudne do wykrycia są niewielkie ubytki wody, sączenie się jej do gruntu poprzez przecieki ze złączy rur i armatury. Badania wskazują, że największe problemy stwarzają przede wszystkim stare systemy wodociągowe, wykonane z tradycyjnych materiałów, takich jak żeliwo szare i stal, które stanowią ok. 50% długości przewodów wodociągowych w Polsce.

Awaryjność rurociągów jest skutkiem wad materiałowych, montażowych, projektowych lub eksploatacyjnych, a także incydentalnie wynikiem działania innych czynników, jak np. roboty prowadzone w sąsiedztwie bez podjęcia należytych środków zabezpieczających, nadmierne obciążenia powodowane ruchem kołowym itp. Z uwagi na fakt, iż woda stracona stanowi często wysoki procent wody wtłaczanej do sieci wodociągowej, istotne dla kondycji i oceny ekonomicznej przedsiębiorstw jest działanie na rzecz ograniczania strat wody.

Dlatego zakłady eksploatujące systemy dystrybucji wody w Polsce, Niemczech, Szwajcarii, Austrii, Wielkiej Brytanii, Danii czy Hiszpanii, jak i w innych krajach europejskich, dążą do optymalizacji sposobu zarządzania i ograniczenia kosztów eksploatacji oraz do zwiększenia niezawodności działania systemów dystrybucji wody. W licznych krajach już od kilkunastu lat bardzo dokładnie analizuje się wskaźniki techniczne i ekonomiczne pracy systemów wodociągowych.

Główne przyczyny strat wody

Całkowite straty wody definiowane są jako różnica pomiędzy zmierzoną objętością wody wprowadzonej do systemu a zmierzoną, zafakturowaną objętością wody doprowadzonej do odbiorcy. W ich skład wchodzą straty pozorne oraz rzeczywiste. Straty pozorne wynikają z niedokładności i niejednoczesności pomiaru zużycia wody. Teoretyczny błąd pomiaru powinien wynosić maksymalnie 10%. W praktyce trudno określić błąd pomiaru używanego przepływomierza. Straty pozorne mogą wynosić ok. 5%, w zależności od instalacji i warunków pomiarowych. Wielkość tych strat można zredukować przede wszystkim dzięki dokładnej i systematycznej kontroli i kalibracji urządzeń pomiarowych oraz likwidacji rozliczania ryczałtowego za wodę.

Straty rzeczywiste spowodowane są zarówno wyciekami w czasie awarii czy poprzez nieszczelności sieci, jak i kradzieżami. Według badań wycieki stanowią 80–100% rzeczywistych strat wody oraz 60–80% strat rzeczywistych i pozornych. Dlatego też kluczowym problemem eksploatacyjnym jest poznawanie przyczyn uszkodzeń sieci i ich lokalizacja. Najczęściej uszkodzenia sieci wodociągowych i związane z tym straty wody powstają w wyniku:

  • wadliwie zamontowanych materiałów, dotyczy to rur, armatury, złączy,
  • nieprawidłowego wykonawstwa przewodów, np. niewłaściwego uszczelnienia połączeń kielichowych, nieprawidłowego ułożenia przewodu,
  • nadmiernego ciśnienia w sieci i gwałtownych zmian ciśnienia (uderzenia hydrauliczne),
  • korozyjności wód gruntowych, a także wody płynącej wewnątrz przewodów,
  • przemarzania gruntu w otoczeniu przewodów wodociągowych,
  • nadmiernego obciążenia gruntu nad sieciami wodociągowymi, szczególnie dynamicznego obciążenia, osiadania gruntu, ruchów tektonicznych itp.,
  • prądów błądzących na obszarach miast czy zakładów posiadających trakcję elektryczną,
  • wieloletniej eksploatacji, naturalnego zużycia materiałów wodociągowych,
  • nieodpowiedniej strategii remontowej i konserwacyjnej.

Badania przeprowadzone w wielu miastach europejskich potwierdzają podobne przyczyny i rodzaje uszkodzeń przewodów wodociągowych. Najczęściej stwierdzane awarie wynikają z pęknięcia rur, uszkodzenia połączeń, uszkodzeń korozyjnych, uszkodzeń związanych z robotami ziemnymi. Należy nadmienić, że straty wody powstają nie tylko w wyniku uszkodzenia, pęknięcia przewodów wodociągowych, wycieków na połączeniach oraz przez drobne nieszczelności rur przesyłowych, ale również w wyniku przelewania się wody ze zbiorników magazynujących wodę lub ich nieszczelności.

Warunki ciśnieniowe

Szczegółowa analiza wartości intensywności uszkodzeń sieci wodociągowych wskazuje, że intensywność uszkodzeń przewodów zależy przede wszystkim od wysokości i wahań ciśnienia wody w sieciach, materiału i średnicy przewodów, czasu eksploatacji i okresu budowy przewodów, ich ułożenia oraz pory roku. Znaczący wpływ na stopień awaryjności sieci wodociągowej mają warunki ciśnieniowe, tzn. nadmierna wartość ciśnienia w stosunku do ciśnienia wymaganego. Zbyt wysokie ciśnienie może doprowadzić do uszkodzeń złączy, pęknięć przewodów, awarii zasuw i hydrantów. Badania wskazują, że obniżenie ciśnienia w sieci o ok. 0,2 MPa obniżyło 2-krotnie pęknięcia sieci oraz prawie 1,5-krotnie uszkodzenia złączy. Prawidłowość tę zaobserwowano niezależnie od wieku i średnicy przewodów. Należy zaznaczyć, że długoletnia eksploatacja, głównie przewodów wykonanych ze stali i z żeliwa, powoduje wzrost oporności hydraulicznej na skutek procesów fizykochemicznych, w wyniku których następuje odkładanie się związków chemicznych na wewnętrznych ścianach rury. Dla zapewnienia ciągłości dostawy wody o odpowiednich parametrach podwyższa się ciśnienie w danej strefie, aby pokonać występujący opór hydrauliczny, co przekłada się na większą liczbę awarii. Przykładowo podczas 5-godzinnego usuwania awarii przewodu wodociągowego o średnicy uszkodzenia 8 mm przy ciśnieniu wynoszącym 6 b strata wynosi ponad 21 tys. l wody, zaś przy ciśnieniu 3 b – ok. 14 tys. l. Dlatego też utrzymywanie w sieci zarówno niższego ciśnienia, jak i szybkie usuwanie wycieków jest dla zakładów wodociągowych opłacalne i daje wymierne efekty ekonomiczne. Usunięcie wycieku każdego metra sześciennego wody to zysk szacunkowo ok. 1–1,5 kWh energii potrzebnej do wyprodukowania i transportu wody w systemie dystrybucji.

Uderzenia hydrauliczne

Następnym z czynników wpływających na awaryjność sieci są uderzenia hydrauliczne. Występują w wyniku nagłej zmiany prędkości przepływu wody silnie oddziałującej na wewnętrzne ścianki rury wodociągowej i jej połączenia. Może to doprowadzić nawet do pęknięcia korpusu rury. Najbardziej odpornym materiałem na skutki oddziaływania uderzeń hydraulicznych jest polietylen, posiadający zdolność do sprężystego odkształcania w warunkach działania nadmiernego ciśnienia. Na postawie badań prowadzonych zarówno w kraju, jak i za granicą można stwierdzić, że awaryjność przewodów wodociągowych w dużej mierze zależy od materiału, z jakiego są wykonane. Materiały różnią się między sobą m.in. odpornością na pęknięcia czy korozję, dlatego też dobór materiału musi uwzględniać przyszłe warunki pracy. Przykładowo w warunkach niemieckich i austriackich trwałość najdłużej i najczęściej stosowanych rur z żeliwa szarego i stali określono na 60–120 lat dla rur z żeliwa szarego i 60–100 lat dla rur ze stali. Okresy trwałości technicznej przyjmowane w naszym kraju szacowane są dla przewodów stalowych na 50–70 lat, przewodów z żeliwa szarego na 75–80 lat, PE-PCV na 60 lat i żeliwa sferoidalnego z ochroną antykorozyjną na 120 lat. O awaryjności przewodów wodociągowych w dużej mierze decydują również złącza. Są one najsłabszym ogniwem sieci wodociągowych. Według badań intensywność uszkodzeń połączeń kielichowych rur z żeliwa sz...