Munkács város vízellátó hálózatának vizsgálata, tapasztalatok. Jancsó Béla, Hanzel Tímea Főmterv Zrt Budapest, Lövőház u. 37.

Átírás

1 Munkács város vízellátó hálózatának vizsgálata, tapasztalatok Jancsó Béla, Hanzel Tímea Főmterv Zrt Budapest, Lövőház u Munkács vízellátásának általános ismertetése 1.1 Munkács vízellátása Munkácson a közüzemi vízellátó rendszer kiépítése az 1930-as években kezdődött, abban az időszakban, amikor a város Csehországhoz tartozott. A második nagy infrastrukturális fejlesztés az 1970-es, 1980-as években valósult meg, a ma üzemelő műtárgyak, vízműtelepek nagy része ebben az időszakba épült. Kisebb volumenű bővítések, rekonstrukciók azóta is folyamatosan valósultak meg, azonban koncepcionális felújítás nem történt, a város helyi megoldásokkal alkalmazkodott a város fejlődéséhez, bővüléséhez. A lakosságra vetített ellátottság ~79%-os, a 2012-ben kitermelt vízmennyiség m 3 /d volt. 1.2 Vízbázisok elhelyezkedése, kialakítása Munkács vízellátását jelenleg 11 ponton, vízbázison kitermelt vízzel biztosítják. A vízbázisok önálló vízellátási zónákat látnak el, melyek néhány kivételtől eltekintve nem kapcsolódnak össze. A 11 vízbázis összesen 8 db vízellátási zónát lát el, biztosítva a városi ivóvízellátást. A 11 db vízbázison összesen 92 db kút található. A 11 kútcsoport közül a három legnagyobb vízbázis: Csinagyijevo (27 db kút), Kolcsino (22 db kút), Centralnij (15 db kút). A vízbázisok egy részét a város ÉK-DNY irányban átszelő Latorca folyó mellett helyezkednek el, de találhatók vízbázisok a település északi és déli területein, illetve a városon belül is. A termelt víz minősége vas és mangán esetében haladja meg a határértéket 6 vízbázison. Vastalanító technológia egy vízbázison üzemel. A vízbázisokon található kutak kiépítése 1967 és 2004 között történt, egy 1952-ben megvalósult építésétől eltekintve. A kutak építésének zöme az 1970-es, 1980-as években zajlott. A kutak nagyobb része sekély mélységű rétegvizet termel. A három legnagyobb vízbázis esetén a vízbázisok kialakítása alapján valószínűsíthető, hogy a termelt rétegek összeköttetésben állnak a folyóval, illetve egymással. 1.3 Vízellátás rendszerének ismertetése A vízellátó hálózat teljes hossza ~ m, az alkalmazott átmérők DN 80 tól DN 600 ig terjednek. A vezetékek több, mint fele öntöttvas cső, további 23% pedig acél anyagú. A 11 vízbázisból 2 db egy-egy önálló kútból áll, ebben a két esetben a hálózati nyomást a kútszivattyú biztosítja. Szintén a kútszivattyúk biztosítják a megfelelő hálózati nyomást a Kljucsarki vízbázishoz tarozó ellátási zónában. 8 vízbázishoz tározó és a nyomásfokozó gépház is tartoznak. Ezek a tározók térszíni tározók, a nyomást minden esetben a hálózati szivattyúk 1

2 tartják. A város egyes részein, magasházas területeken helyi, lokálisnyomásfokozók üzemelnek. A három magastározó közül a Várhegyi 2 x 450 m3-es jelenleg nem üzemel (fenékszint 166 mbf). A Csernecsa-hegyi 2 x 2000 m3 térfogatú tározó a Latorcától északra fekvő városrészt látja el, a tározót a Kolcsino vízbázisról töltik. A tározó fenékszintje 192 mbf. A Szorocsa-hegyi, szintén 2 x 2000 m3-es tározó töltése a Csinagyijevo vízbázisból történik és a tározó ennek megfelelően a város középső, legnagyobb vízellátási zónájának ellátásában vesz részt. A tározó fenékszintje 172,5 mbf. 2. Munkács vízellátásának általános problémái A helyszíni bejárások, adatok alapján az alábbi problémák kerültek meghatározásra: A korábbi részben egységes rendszert a helyi ellátási és nyomásproblémák alapján a lokális üzemeltethetőség érdekében széttagolták. A lokális vízellátási problémákat nem a hálózat megfelelő kialakításával, hanem új kút, kutak fúrásával oldották meg. Az elszórt, gyakran körbeépített vízbázisok védelme nem megoldott, a vízbázisok veszélyeztetettek. Egyes vízbázisokon a túltermelés veszélye fennáll. Vízminőség problémák. A vízellátó hálózat zóna kialakítása rendezetlen. Nyomásproblémák a meglévő vízellátó rendszeren. Magas a hálózati veszteség. A vízellátás nem folyamatos (24 órás) üzemű. A hálózat és egyéb létesítmények műszaki állapota erősen leromlott. Üzemirányítás hiánya. 3. Munkács vízellátó rendszerének vizsgálat 3.1 Ivóvízhálózati fejlesztések meghatározásának módszertana A tervezett rendszerben a jelenleg 11 üzemelő vízbázis közül 3 marad üzemben: Telep/település/ vízbázis Tervezett napi átlag kapacitás (m 3 /d) Tervezett óra átlag (m 3 /h) Tervezett napi csúcs kapacitás (m 3 /d) Tervezett óracsúcs (m 3 /h) Csinagyijevo Kolcsino Kljucsarki Összesen

3 Ezt követően kiindulási alapnak a meglévő 8 vízellátási zóna helyett egy ún. egyzónásított hálózati állapot került kialakításra. A vízhálózat működéséről rendelkezésre álló adatok, információk között előfordulnak bizonytalanságok: - a hálózat zónázottsága: hol találhatók elzárások, esetleg fojtások a rendszerben, - egyes helyeken a hálózat vezetékeinek nyomvonala: csomópontban találkoznak a vezetékek, esetleg külön szintű keresztezéssel elhaladnak egymás fölött/alatt, - tározók megadott szintje, különösen a Várhegyi tározó szintje, - a magasházak bekötővezetékeinek átmérője illetve anyagminősége. Fenti bizonytalanságok miatt a fejlesztési javaslatok meghatározásakor azzal a feltételezéssel éltünk, hogy a hálózaton minden zárás kinyitásra került és a csomópontokon a kapcsolatok biztosítottak. Az ivóvízhálózat fejlesztési elemeinek meghatározásához egy hálózati modellező szoftverrel modelleztük a városi vízhálózatot. Az alkalmazott HCPW szoftver vízellátó rendszerek tervezésére, analízisére és felülvizsgálatára került kifejlesztésre. A program többek között lehetőséget ad a tervezés során az átmérők meghatározására, a tározótérfogatok ellenőrzésére különböző üzemállapotokban. Meglévő vízellátó rendszerek esetén lehetőség van hidraulikai felülvizsgálatra, kapacitásvizsgálatra 24 órás napi üzem lefuttatásával, amely információt ad a tározók vízforgalmáról is. A modellezés folyamatában szükséges volt egy ún. alapállapot meghatározása. Az alapállapot vizsgálata során lehetőség nyílt a hálózat gyengeségeinek feltérképezésére, mint pl. helyi szűkületek, nyomásviszonyokból eredő problémák, sebességeloszlások. Ezt követően a különböző fejlesztési változatokban megvizsgáltuk, hogy milyen fejlesztési elemekkel valósíthatók meg a hálózat megfelelő kialakítása. A munka során az alábbi főbb kérdések vizsgálatára került sor: - egységes rendszer, zónák - tározók - új vezetékek - nyomásviszonyok A zónák vizsgálatánál kérdésként vetődött fel az alkalmazandó zónák száma (1,2 vagy 3), illetve 2 zóna alkalmazása esetén melyik két vízbázis tartozzon közös zónához. A tározók esetében is több kérdésre kellett választ találni. Alapkérdés volt, hogy szükséges-e további tározó kapacitás, majd azt is vizsgálni kellett, hogy amennyiben igen, az hol és milyen magasságban kerüljön elhelyezésre, valamint hogy szükséges-e új tározó építése vagy a célok eléréséhez elegendő az üzemen kívül várhegyi tározó beüzemelése. 3

4 3.2 Alapállapot modellezése a) Rendszerelemek Az alapállapot modellezése során első lépésként az előzőekben ismertetett elvek alapján létrehozott egyszerűsített hálózati szimulációs modell került felállításra. Ez a modell a meglévő vízellátó rendszer elemeire épül. Ezek az elemek: Tározók Az alapállapot esetén a meglévő két magas tározó: a Csernecsa-hegyi tározó és a Szorocsahegyi tározó. Mindkét tározó 2 db 2000m 3 -es medencéből áll, tehát a két tározó összkapacitása 8000 m 3. A Csernecsa-hegyi tározó fenékszintje 192 m.b.f. magasságon, a Szorocsa-hegyi tározó fenékszintje pedig 172,5 m.b.f. magasságon található, a túlfolyó relatív szintje mindkét esetben 4 m. Vízbázisok A 11 meglévő vízbázisból az alap modellbe 3-at építettünk be: Csinagyijevo vb., Kolcsino vb. és Kljucsarki vb. Vezetékek Alapállapotban a vezetékeket a jelenleg is működő átmérővel és anyagminőségben vettük figyelembe, viszont az modell esetében elhagyásra kerültek a vízellátó rendszer szempontjából nem meghatározó helyi lokális elosztó vezetékek. A vezetékhálózat egyszerűsítése annak figyelembe vételével történt, hogy az ne befolyásolja a hidraulikai vizsgálatokat, de a modell számítási ideje, futtatása indokolttá tette a vízellátó hálózat ilyen jellegű egyszerűsítését. Az alap modell esetében a korábbiakban ismertetett elvek mentén az alábbi egyszerűsítések/feltételezések történtek a rendszerelemekre vonatkozóan: - A vezetékekről feltételezzük, hogy nincsenek elzárva, így egyetlen zónából áll a hálózat. - A helyi nyomásfokozók pontszerű fogyasztóként jelennek meg a modellben. b) Víztermelés Vízfogyasztás Munkács város mértékadó vízigényeként a korábbiakban meghatározottaknak megfelelően m 3 /nap lett figyelembe véve a modellezés során. A m 3 /nap-os vízmennyiséget a három Csinagyijevo, a Kolcsino és a Kljucsarki vízbázis táplálja a hálózatba. A víztermelés 20 órás egyenletes (3 óra 23 óra között) menetgörbe alapján került felvételre. A víztermelés a vízbázisok tekintetében a vízbeszerzési fejlesztésekben meghatározottak, egyben a város területi vízfogyasztásának megfelelően az alábbiak szerint került szétosztásra: - Csinagyijevo: m 3 /nap - Kolcsino: m 3 /nap - Kljucsarki: m 3 /nap 4

5 A vízfogyasztás tekintetében a lakossági, ipari és intézményi számlázott fogyasztást illetően álltak rendelkezésre adatok. A fogyasztások napi elfutása, menetgörbéje esetében az intézményi fogyasztást a lakosság fogyasztásával együtt, egyformán vettük figyelembe. A lakosság esetén a fogyasztás területi elosztása és nagyságának meghatározásakor megkülönböztetésre kerültek a családi házas és a társasházas fogyasztók. Az ipari fogyasztókat pontszerű fogyasztóként vettük figyelembe, a családi házak külön fogyasztási körzetet alkotnak, a helyi nyomásfokozók helyén a társasházakat pedig szintén pontszerű fogyasztóként vettük figyelembe. A társasházak esetében további külön fogyasztási körzet lett meghatározva. c) Alapállapot értékelése Az alapállapot meghatározása után a modellbe feltöltöttük a szükséges adatokat, majd lefuttattuk. A kialakult sebességeket a 1. sz. ábrán, a kialakult legkisebb illetve legnagyobb nyomásokat pedig a 2. sz. és az 3. sz. ábrákon láthatjuk. A legkisebb nyomások a legnagyobb fogyasztások esetén alakulnak ki, tehát fél 7 körül. Ekkor veszik fel a sebességek a legnagyobb értéket. A legnagyobb nyomások pedig akkor jelentkeznek, amikor a fogyasztás a legkisebb, tehát hajnalban. A legkisebb nyomásoknak az a jelentősége, hogy ezek az értékek mutatják meg, hogy csúcsfogyasztási időszakban hol vannak a nyomáshiányos területek a hálózaton. A csőáramlási-sebességek azt mutatják meg, hogy hol vannak olyan szakaszok, ahol vezetékszűkületre lehet következtetni. A hálózati nyomásviszonyok alapvetően 2,5-6 bar tekinthető megfelelőnek. A modellt lefuttatása után az alábbiak állapíthatók meg: 1. Nyomásviszonyok esetében A nyomásviszonyokról elmondható, hogy a legnagyobb fogyasztás esetén a hálózat középső részén viszonylag alacsony, 2 bar körüli nyomások uralkodnak, míg az északi városrészben elérik a 6 bar fölötti értéket is. Összességében a nyomáskép nem homogén eloszlást mutat. A legkisebb fogyasztás esetén azonban a nyomásértékek túl nagyok, a dél-nyugati városrészben 8 bar fölötti nyomásokat is találunk. 2. Tározók esetében A tározók vízforgalma nem megfelelő, hiszen a Szorocsa-hegyi tározó majdnem túlfolyt, a Csernecsa-hegyi pedig majdnem leürült. (lásd.: 4., 5. ábrák) 3. Csőáramlási-sebességek esetében Ahogyan az a 1. sz. ábrán is látható, vannak olyan vezetékszakaszok ahol a kialakuló sebességek túl nagyok. Ilyen vezetékszakaszokat részben a belső városrészben találhatók, illetve a Kljucsarki vízbázis vezetékén is túl nagy sebesség alakul ki, ami nagymértékű nyomásvesztéssel jár. 5

6 1. ábra Sebességeloszlások az alapváltozat esetén 6

7

8

9 4. ábra A Csernecsa-hegyi tározó relatív vízszint görbéje 5. ábra A Szorocsa-hegyi tározó relatív vízszint görbéje 9

10 Az alapállapot- modellezés eredményeként átfogó képet kaptunk a vízellátó rendszerről. Ezek alapján megállapító volt, hogy 1. A nyomásviszonyok nem megfelelőek. 2. A vízforgalom a tározókban nem megfelelő. 3. A sebességek bizonyos szakaszokon túl nagyok. Összességében tehát megállapítható, hogy a hálózat működése a vízbázisok számának csökkentése után és a hálózat egybenyitását követően nem megfelelő, ezért a hálózat egységessé, egy rendszerré történő integrálásához további fejlesztések, beavatkozások szükségesek Változatok meghatározása, vizsgáltok A vizsgálat lényege, hogy az alap állapot felvételét követően az egyes logikai úton felvett változatokat modellezés segítségével ellenőriztük, majd az eredmények alapján további finomításokat, változatokat alkottunk meg. Ez alapján figyeltük, hogy a fejlesztési javaslat kedvező irányban hat-e, vagy elvetésre kerül. A modellezés során alapvetően az alábbi szempontok szerint értékeltük a változatokat: - A hálózaton belül sebességviszonyok, figyelve, hogy alakulnak ki olyan helyi szűkületek, ahol a fajlagos veszteségek indokolatlanul nagyok. - A rendszeren, csomópontokon kialakuló nyomások, mind minimum (éjszakai) mind csúcs (nappali) fogyasztási viszonyok mellett. Itt vizsgáltuk nem csak a lokális nyomás értékeket, amelyek, esetlegesen egy szűk keresztmetszetű vezeték okozott, hanem a hálózati képet is, amelyek alapján lehetet vizsgálni az esetleges zónahatárokat, tározó elhelyezését, magasságát. - Végül a vízforgalom szempontjából is értékelve lettek az egyes változatok, vizsgálva a tározók időszakon belüli leürülését, illetve túltöltését. Ez alapján kerültek meghatározásra az egyes, betáplálási pontokon (vízbázisok) termelendő vízmennyiségek, illetve a zónák közötti esetleges vízátadások mértéke. A modellezés során a fő és alváltozatok tekintetében összességében 15 db változatot készítettünk, vizsgáltunk. A változatokat és vizsgálati irányokat a 6. ábra szemlélteti. 10

11 6. ábra A változatok logikai sorrendje 3. Megállapítások, fejlesztési javaslatok a fejlesztési változatok eredményei alapján 3.1 A vizsgálatok általános eredménye A fejlesztésekkel a fő cél, hogy egy a nyomásviszonyokat tekintve homogén, megfelelő sebességeloszlást mutató, megfelelő vízforgalmat bonyolító rendszer kerüljön kialakítása. A változatok vizsgálata és eredményei alapján kirajzolódott a vízellátó hálózat működési mechanizmusa, problémás területei. Ennek alapján főbb megállapításokat lehetett tenni, illetve meghatározhatók voltak a javasolt fejlesztések, beavatkozások. Megállapításra került, hogy - A teljes rendszert egyzónásítani nem lehet, mivel a domborzatok és tározók elhelyezkedése ezt nem teszi lehetővé. - Az északi városrészben a Csernecsa-hegyi tározó túlzóan magas pozicionálása miatt túlnyomások tapasztalhatók a Latorcától északra fekvő területeken. 11

12 - A Latorcától délre eső területeken a Várhegyi tározó bekapcsolásával kedvező hatást lehet elérni. - A termelés és kapcsolódó tározó kapacitások tekintetében a zónák között javasolt csökkentett vízforgalmat meghagyni a tározók egyenletes vízforgalmának biztosítása érdekében. - A zónahatár a Latorca folyó. 3.2 A javasolt fejlesztési változat ismertetése A lefuttatott változatok alapján megállapítható, hogy szükség van a 2 zónás rendszerkialakításra a vízforgalom szempontjából. A Várhegyi tározó beüzemelése is pozitív hatással van a vízellátó rendszerre. A modell igazolta azt is, hogy a Szorocsa-hegyi tározó és a Várhegyi tározó tervezése során nagy gondot fordítottak arra, hogy a két tározó magasságilag megfelelően együttdolgozzon. A Csernecsa-hegyi tározó viszont túl magasan van a másik két tározó szintjéhez képest. A megfelelő rendszerkialakítás érdekében azt a változatot fejlesztettük tovább, melyben a Várhegyi tározó újra beüzemelésre kerül és a hálózat a Latorca folyó mentén elvágva 2 zónából áll. Vízforgalom szempontjából a középső (bel) városrész vízellátásához a vizsgálatok alapján szükség van a Csernecsa-hegyi tározóból érkező nyomásszintre ezért a két zóna között részleges vízforgalmat kellett kialakítani. A javuló hálózatkép mellet azonban még tovább kellett javítani a nyomások és a vízforgalmi állapotok egyenletességén, illetve az északi városrészen a még mindig kialakuló 6 bar fölötti nagy nyomásviszonyokon. Mivel az északi városrészek magas nyomásértékeit egyértelműen a Csernecsa-hegyi tározó vízszintje határozza meg, illetve azért, hogy ezek a nyomásértékek ne érjenek át a déli területre, a Latorcát keresztező két vezetéken túlságosan nagy fojtást kell alkalmazni, ami viszont kedvezőtlen a vízforgalmak tekintetében. Ezért első lépésként a Csernecsa-hegyi tározó vízszintjét kell virtuálisan, nyomáscsökkentő beépítésével leszabályozni, és ezt követően a két zóna közötti vízátadást kellett beszabályozni. A modellezés eredményeként végül az adta a megfelelő állapotot, egyben teljesítve a kitűzött célokat mind az egyenletes nyomások és vízforgalom szempontjából, amikor a Csernecsa-hegyi tározó vízszintjét 15 m-rel alacsonyabbra vettük, azaz 1,5 bar-os nyomáscsökkentést alkalmazunk az elmenő ágon, illetve a két zónát összekötő két vezetéken % közötti szabályozást végzünk. A modell eredményei alapján a nyomások egyenletes nyomásképet adnak. A nyomásérték csúcsfogyasztás esetén jellemzően mindenhol 4-5 bar közötti, de mindenhol meghaladja a 3 bar értéket. Az éjszakai fogyasztás esetén sem emelkedik a nyomás 6 bar fölé. Ami a vízforgalmat illeti, a Csernecsa-hegyi és a Szorocsa-hegyi tározók vízforgalma megfelelően alakul. A Várhegyi tározó vízforgalma is megfelelő, de itt hajnal 3 és 5 óra között a tározó feltöltődik, ennek megfelelően a telt állapot elérésekor, ezen időszakban le kell zárni a töltést. A modell eredményeit a következő oldalak ábrái szemléltetik. 12

13 7. ábra Sebesség-eloszlás a javasolt fejlesztési változat esetén 13

14

15

16 10. ábra Víztorony telepítése 11. ábra A Csernecsa-hegyi tározó relatív vízszint görbéje 16

17 12. ábra A Szorocsa-hegyi tározó relatív vízszint görbéje A fejlesztés főbb elemei. - Meglévő zónazárak felszámolása, esetleges zónakapcsolati hiányok megvalósítása csomópontokon. - A meglévő hálózaton meglévő szűkületek nem megfelelő vezeték átmérővel építetett vezetékek átépítése, felbővítése. - Új vezeték kiépítése a Kljucsarki vízbázis felöl a déli városrész bekötésével. - Barak-telep megtáplálása egy új vezetékkel. - Várhegyi, vagy azzal egyenértékű tározó üzembe helyezése. - Latorcát keresztező két vezetéken a zónahatár menti szabályozás kialakítása. - Csernecsa-hegyi tározó elmenő nyomásértékének csökkentése, beszabályozása. A modellezés segítségével sikerült a meglévő rendszer problémáinak feltárása, illetve a változatok vizsgálatai alapján meghatározott fejlesztési javaslat lehetőséget biztosít arra, hogy a vízellátó hálózat a kitűzött céloknak megfelelően működhessen. A bemutatott fejlesztési elemek egy egységes megoldást jelentenek, annak részleges kiépítése csak részleges megoldást hozhat, rossz programozás esetén még az is előfordulhat, hogy a jelenlegi állapotnál kedvezőtlenebbé válnak az üzemetetés feltételei. A további előkészítés és tervezés során az itt bemutatott fejlesztési elemeket részletesen is meg kell vizsgálni és ennek alapján kell a konkrét beavatkozásokat megtervezni, végrehajtani. 17