A tervezett Bük-Szakonyi vízellátó rendszer hálózathidraulikai modellezése

Átírás

1 A tervezett Bük-Szakonyi vízellátó rendszer hálózathidraulikai modellezése Bevezetés A víziközmű-rendszerek tervezése, kialakítása, fejlesztése kapcsán olyan megoldást kell előnyben részesíteni, amely az egészséges ivóvízzel való ellátást, szakmailag megalapozott ismeretek alapján, folyamatosan és hosszú távon képes biztosítani. Fontos szempont továbbá, hogy a víziközmű a várható élettartama során, az üzemeltetés biztonságának fenntartása mellett a legkisebb mértékben eredményezze a víziközmű-szolgáltatás díjainak emelkedését. A mai korban a fejlesztési és rekonstrukciós tervezést megelőzően elengedhetetlen, hogy hálózathidraulikai vizsgálatok segítségével megismerjük a vízellátó rendszer működését, feltárjuk annak hibáit és kapacitását. A Soproni Vízmű Zrt. üzemeltetési területén található Bük Térségi Vízellátó Rendszer hálózata, az üzemeltetési tapasztalatok alapján már a jelenlegi vízigények mellett is túlterhelt. Mivel a vízellátó rendszer zavartalan működése nélkülözhetetlen egy település életében, valamint a tartalékok hiánya komoly akadályozó tényezője lehet a fejlesztéseknek, különösen fontos hogy megismerjük a rendszer működését és a szükséges fejlesztéseket időben elvégezzük. A jövőbeli fejlesztések között kiemelt helyen szerepel a szomszédos Szakony Térségi Vízellátó Rendszerrel való összekötés, mely az Ivóvízminőség-javító program keretében valósulna meg a Szakonyi vízbázis felhagyásával. Az ehhez szükséges vízmennyiség ( m 3 /nap) a meglévő büki vízbázisban rendelkezésre áll, azonban az átadási ponton jelentkező m 3 /h vízhozamot a jelenlegi hálózat nem képes biztosítani. A fentiek miatt a tervezett Bük-Szakonyi Vízellátó Rendszer a meglévő hálózat átépítése nélkül nem valósíthat meg. A Bük Térségi Vízellátó Rendszer felépítése és vízigénye A Bük Térségi Vízellátó rendszer Bük, Bük-fürdő, Gór, Chernelházadamonya, Bő és Répceszentgyörgy települések vízellátását biztosítja. A betáplálási pontoktól az ellennyomó víztornyokig DN 150 mm átmérőjű vezetékek (zömében AC anyagú) szállítják a vizet. A hálózat egy rövid szakaszán mintegy 350 m hosszon DN 200 mm átmérőjű vezeték épült ki, a büki víztorony később kiépítendő közvetlen töltővezetékének részeként. Az elosztóhálózat többi vezetéke DN 100 mm átmérőjű. A vízellátó rendszer átlagos vízigénye 1500 m 3 /nap (max.: 2500 m 3 /nap). A vízigény 35 %-a lakossági, 65 % vállalkozási célú. A nem lakossági vízfogyasztók közül a Büki gyógyfürdő (~ m 3 /nap), valamint a Nestlé (~ m 3 /nap) vízelvétele van a legnagyobb hatással a hálózatra. A vízbetáplálás két ponton, Bükfürdő terültén történik. A vízellátó rendszeren a nyomástartást és a mennyiségi víztárolást két víztorony biztosítja, Bükön (200 m 3 ) és Góron (100 m 3 ). 1

2 1. ábra: A Bük Térségi Vízellátó rendszer felépítése A vízellátó rendszer hidraulikai modellezése A hidraulikai rendszerek modellezéssel történő vizsgálata során egy matematikai modellt hozunk létre. A modellezés során három modellcsoportot kell megkülönböztetni, melyek együttese alkotja a rendszer matematikai modelljét: Topológiai modell: a hálózat geometriáját és kapcsolatai írja le. Hidraulikai modell: az egyes elemek fizikai viselkedését jellemzi. Fogyasztási modell: a terhelések, vízelvételek térbeli és időbeli változásának leírására szolgál. A Bük Térségi Vízellátó Rendszer hálózathidraulikai modellezése a Bozóky Szeszich Károly munkásságára támaszkodva a HydroConsult Kft. által kifejlesztett HCWP programmal történt. A HCWP program a térinformatikai alapú HCMIR közmű információs rendszer egy kiegészítő eleme. A hálózathidraulikai modell topológiájának elkészítéséhez az alábbi adatok szükségesek: - a teljes csőhálózat, a hálózati szerelvények, tározók, gépházak, kutak digitális térképi állománya (x,y,z koordinátákkal). A topológiai modell létrehozását követően az egyes rendszerelemek hidraulikai paramétereinek megadását kell elvégezni: 2

3 - a hálózat elemeinek paraméterei (névleges átmérő, csőanyag, érdesség), - tározók adatai (térfogat, vízszintek abszolút magasságban, üzemi mérési adatok, szabályozási előírások), - szivattyúk, gépházak adatai (kapcsolási rajzok, jelleggörbék, energiaellátás jellemzői, a gépházak üzemeltetési szabályzata, mérési adatok), - szabályozott hálózati szerelvények működési feltételei, üzemi mérési adatok. A fogyasztási modell meghatározásánál az alábbi három kérdésre keressük a választ: - Mekkora a vízfogyasztás nagysága? - Hol modellezzük a különféle vízfogyasztásokat? - Mikor történik a vízfogyasztás? A fogyasztási helyek modellbe való beépítésének módja a vízvételezés nagyságától függ. A vízfogyasztás nagyságát az övezetfogyasztásokból, valamint az értékesítési adatokból lehetett meghatározni. Az értékesítési adatokból kimutathatók azok a nagyfogyasztók, melyek vízfogyasztása a település, vagy az övezet összes fogyasztásához képes jelentős hányadot képez és külön fogyasztási pontként kell szerepeltetni a modellben. A nagyfogyasztókon kívül, a vízelvétel a hálózat vezetékszakaszainak, vagy csomópontjainak terhelésével történik a vezetékek hosszának arányában. A vízfogyasztás mértékének napon belüli változása a fogyasztási menetgörbe alapján került modellezésre. A modell futtatása során az alábbi hidraulikai vizsgálatok elvégzésére van lehetőség: Üzemállapot-vizsgálatok A vízellátó rendszer folyamatos üzemű. A folyamat során azonban az egyes rendszerelemek különböző állapotokat vehetnek fel. Az egyes állapotok a fogyasztás változásával, a szivattyúk be-ki kapcsolásával, vagy a zárak nyitásával, zárásával változnak. Az üzemállapot-vizsgálatok célja, hogy meghatározzuk és elemezzük azokat. Szimulációs vizsgálatok A szimulációs vizsgálatok célja, a vízellátó rendszer megfelelő működésének ellenőrzése, vagy a biztonságos üzemeléshez szükséges szabályozások, irányítási előírások meghatározása. A szimulációs vizsgálatok során hosszabb időszakra vonatkozóan (általában 24 óra) meghatározzuk az egyes rendszerelemek hidraulikai paramétereinek időbeli változását. Csőhálózati jelleggörbe számítása, szivattyúk ellenőrzése A csőhálózati jelleggörbe-számításokkal az átemelési ponton a vízszállítás és a hozzá tartozó emelőmagasságok függvénye határozható meg. Eredmények A hálózat hidraulikai felülvizsgálatát a felépített modell normál és szélsőséges (min., max. vízfogyasz tás) üzemállapot-vizsgálati eredményei alapján végeztük el. A vezetékekben áramló víz hidraulikai paraméterei közül a nyomásveszteséget tekintettük a vízellátás és a hálózat elemeire a legnagyobb hatásúnak. A nyomásveszteség az áramló közeg, az áramlási sebesség, a vezeték átmérőjének, valamint érdességének függvénye. A nyomásveszteség az elosztóhálózatban zavartalan üzem esetén a maximális fogyasztási üzemállapotban éri el a legnagyobb értéket. A hálózaton tapasztalható túlzott nyomásveszteség a vezetékek nem megfelelő kapacitásából adódik. Ezeken a 3

4 helyeken a vezeték keresztmetszetében található szűkület, vagy anyagváltás következtében változnak meg az áramlási viszonyok. A biztonságos üzemeltetés érdekében a kritikus vezetékszakaszok kiváltása/bővítése elengedhetetlen. Minimális fogyasztáshoz tartozó üzemállapot Ebben az üzemállapotban nem alakul ki kritikus (alacsony) hálózati nyomás, azonban a rendszer egyes szakaszai már ebben az üzemállapotban is szűk keresztmetszetűnek bizonyulnak (kb. 0,5 bar nyomásveszteség lép fel). Átlagos fogyasztáshoz tartozó üzemállapot Az átlagos fogyasztási üzemállapotban a csomóponti nyomás a települést ÉK-DNy irányban kettészelő vasútvonaltól ÉNy-ra nem éri el a 2 bar-t. A tervezett távvezeték kezdeti szakaszán 1 bar-os hálózati nyomás alakul ki. Ebben az állapotban a Szakonyi Vízellátó Rendszer vízellátását nem lehet biztosítani. A büki hálózat több pontján is kialakulnak 1,5 bar-nál alacsonyabb nyomások. 2. ábra:bük város ivóvízhálózatának hidraulikai állapota átlagos fogyasztási üzemállapotban Maximális fogyasztáshoz tartozó üzemállapot A legnagyobb nagyfogyasztó (Nestlé) vízelvétele 19,15 l/s. A hálózaton a büki víztoronytól felfelé kritikus viszonyok alakulnak ki. A meglévő gerincvezetékek (DN 100 ac) nem alkalmasak a szükséges víz továbbítására. A víztoronytól D-re eső területek tekintetében a hálózaton nem mutatkozik jelentős terhelés. Egyértelműen kimutatható a Nestlé vízelvételének hatása. Meg kell jegyezni, hogy a statisztikai adatok alapján meghatározott 4

5 napi maximális vízfogyasztásnál (689 m 3 ) - az üzemeltetési tapasztalatok alapján - lényegesen nagyobb, akár 1000 m 3 /nap vízelvétel is történhet. 3. ábra: Bük város ivóvízhálózatának hidraulikai állapota a maximális fogyasztási üzemállapotban a Szakonyi TVR elvétele mellett Javaslatok A hidraulikai modellezés eredményei alapján elmondható, hogy már a jelenlegi terhelések mellett is létrejöhetnek kritikus állapotok a hálózaton. A korábban megfelelően működő hálózat működése a nagyfogyasztók nagymértékű vízelvételének következtében jelentősen megváltozott. A büki víztorony nem tudja betölteni súlyponti tározói szerepét, és a hálózat kapacitása sem elegendő a szükséges víz szállítására. Bármely üzemállapotot esetén elmondható, hogy a vezetékek átmérője nem elegendő ahhoz, hogy a víz nagy biztonsággal kielégítse a jövőben várható fejlesztési igényeket, különös tekintettel az ÉNy-i területre. Egy esetleges rekonstrukció során a vezetékek átmérőjének meghatározásánál kiemelt figyelmet kell fordítani arra, hogy létrejöjjön egy megfelelő átmérőjű főnyomóvezeték. A hidraulikai modellel, a maximális fogyasztási üzemállapotot feltételezve ellenőriztünk több átépítési javaslatot. Minden alternatíva alapja egy DN 200 mm átmérőjű főnyomóvezeték. 5

6 DN 150 mm DN 200 mm 4. ábra: Átépítési javaslat 5. ábra: A jelenlegi hálózat hidraulikai állapota maximális fogyasztás mellett 6. ábra: A hálózat hidraulikai állapota átépítés után, maximális fogyasztás mellett 6

7 Összefoglalás A Bük Térségi Vízellátó rendszer rekonstrukcióját - a vezetékek műszaki állapota és a kapacitáshiányból eredő üzemeltetési nehézségek miatt - a közeljövőben mindenképpen el kell végezni. Már a jelenlegi terhelések mellett, zavartalan üzem esetén is kialakulhat kritikus állapot a hálózaton. A növekvő vízigények hatására az elosztóhálózatban jelentős sebességnövekedés lép fel, mely a csomóponti nyomások csökkenését okozza. A hálózaton tapasztalható 2-3 bar nyomásváltozás a szerelvények, vezetékek sérüléséhez, idő előtti tönkremeneteléhez vezet. Rövid ideig ezek a szélsőséges üzemállapotok megfelelő üzemeltetési stratégiával kezelhetőek. A biztonságos és fenntartható üzemeltetés szempontjából azonban elengedhetetlen, hogy megfelelő mennyiségű víz jusson el zavartalanul a felhasználási helyekhez. Ennek feltétele, hogy a vízszállítás megfelelő kapacitású vezetékeken keresztül történjen. 7