Příspěvek se zamýšlí nad možnostmi aplikace offline a zvláště on-line simulačního modelu vodovodu v reálném čase v provozu vodovodu v programu SiteFlow. On-line simulační model vodovodu je aktualizován na základě aktuálních dat z GISu. Okrajové a kontrolní podmínky přebírá z dispečerského měření a dispečerům po předpovědi chování sítě předává alarmy s upozorněním na porušení optimálních podmínek zásobování vodou. Tento model umožňuje, aby zákaznické centrum dávalo kvalifikovanější odpovědi na stížnosti zákazníků, co se týká nedodávky vody. Nasazení modelu umožní minimalizovat investice a provozní náklady na získání úplných informací o chování sítě, kdy je měření nahrazeno simulací. Udržovaný on-line simulační model umožňuje uspořit náklady při plánování investic, kdy pro tyto účely není nutné sestavovat nebo aktualizovat offline model...
Možnosti využití on-line simulačního modelu vodovodu pro zkvalitňování jeho provozu
Ing. Lubomír Macek, CSc., MBA a ing. Ján Škripko, konference Voda Zlín 2013
Aquion, s.r.o., Osadní 3324/12a, 170 00 Praha 7, e-mail:
Úvod
Zamýšlíte se nad tím, jak zlepšovat provoz a snižovat provozní náklady v podmínkách, kdy jste nuceni stále snižovat provozní náklady nebo to ponecháváte jiným? Zamýšlíte se nad tím, jak zefektivnit projektování a posuzování investic? Řešením je simulační model v SiteFlow a pro snižování provozních nákladů vodovodu je to modul on-line simulační modelu vodovodu SiteFlow, pracující v reálném čase. Po jeho nasazení dosáhnete na úspory investičních a provozních nákladů, souvisejících s rozšiřováním měřící sítě na vodovodu. Dojde k úsporám plynoucím z proaktivního řízení – tj. k snížení počtu období, kdy neteče odběratelům voda nebo má slabý tlak, díky tomu nedojde k výpadku ve fakturaci a ke snížení počtu stížností. Zákaznické centrum může tento model využít ke kvalitnějšímu odpovídání na dotazy odběratelů týkajících se otázek spojených se zásobováním vodou, zejména mohou lépe zjistit, zda je problém ve veřejné části vodovodu, nebo ve vnitřních instalacích. Průběžně aktualizovaný model je pak dobrou základnou pro odpovědi na otázky týkající se budoucích investic.
Co je to SiteFlow?
SiteFlow je program, který vyvíjíme a je určen pro správu, projektování a simulační modelování vodovodů. Jedná se o řešení, založené na modelu. Jeho součástí jsou podpůrné moduly digitálního modelu terénu, webových mapových služeb a polygonů a rozšiřující moduly – roboti, v případě vodovodu je to modul on-line simulačního modelu, který pracuje v reálném čase. Pro simulační výpočty využíváme US EPA EPANET a programujeme uživatelské prostředí a rozšiřující služby spojené se správou, projektováním a simulačním modelováním vodovodů.
Řešení založené na modelu – co to je?
Řešení založené na modelu znamená, že všechny vlastnosti vodovodu jsou uloženy v datové struktuře, která vodovod popisuje. Tato datová struktura se projevuje na jedné straně jako výkresová dokumentace – například v podobě stavebních nebo hydrotechnických situací, podélných profilů, zároveň jsou tato data dostatečná k tomu, abychom mohli spočítat velikost výkopových prací nebo rychlosti a průtoky, tlaky, dobu zdržení či změny kvality vody při její dopravě a rozvodu.
On-line simulační model vodovodu – co to je?
On-line simulačním modelem se rozumí simulační model vodovodu, který je propojen s dispečerským měřením. V okamžiku, kdy je dokončeno kolečko dispečerského měření, a tato data jsou zaznamenána do databáze dispečinku, SiteFlow převezme tyto nové údaje, přiřadí je okrajovým a kontrolním podmínkám a provede předpověď chování vodovodu v nejbližších 24 hodinách. Pokud jsou při tomto výpočtu porušeny kontrolní podmínky, po dokončení výpočtů předává alarm dispečerského systému, který se projeví obdobně jako alarmy z měřených míst.
Simulační model v reálném čase – co to je?
Běžný simulační model můžeme usadit do určitého času, většinu časového řízení nebo časových řad odběrů využijeme jen za určitý interval, za 24 hodin, za týden apod. a simulační výpočty proběhnou v tomto daném časovém intervalu. Na rozdíl od toho je simulační model v reálném čase vázán pevně na existující datum a čas. Díky tomu je možné ověřovat, co se dělo v minulosti na vodovodní síti a vracet se dle potřeby zpět. Obdobně předpověď chování systému je svázaná s budoucím časem.
Záznamy o manipulacích na síti
Nedílnou součástí simulačního modelu v reálném čase je přebírání informací o plánovaných a skutečných uzavírání uzávěrů vodovodní sítě. Tento záznam je nutný proto, aby model pracoval se skutečnou konfigurací sítě, se stávajícími či plánovanými uzavírkami. Sběr dat probíhá pomocí manuálních hlášení, zatímco sběr dat o změnách objektů, poháněných nebo spínaných dálkově přebíráme z dispečerského měření.
Obr. 1 SiteFlow pro správu VaK
MOŽNOSTI VYUŽITÍ OFFLINE MODELU
Jak využijeme model pro správu VaK?
Pro správu vodovodů a kanalizací může řešení založené na modelu SiteFlow plnit funkci GIS, a to zejména u malých a středních vodáren. Uživatelé využijí funkce pro zobrazení, analýzy a editaci dat, která představují úplný popis vodovodu. U těchto uživatelů dojde k úsporám plynoucích zejména z redukce počtu používaných programů a díky úspoře prostředků na specialisty provozující tyto programy. SiteFlow plní dostatečně funkce správy majetku a umožňuje současně posuzovat provozní stavy sítě a plánovat investice.
Co to přinese projektantovi?
Projektantovi přináší řešení založené na modelu zrychlení práce. V počátku práce je nutné přivyknout tomu, že nekreslíme situaci, ani nesestavujeme podélný profil, ale tvoříme model vodovodu, z něhož výkresovou dokumentaci vygenerujeme. Z počátku nám tento postup může připadat pracnější, zejména proto, že vyžaduje pečlivěji pracovat na datovém modelu vodovodu. Po zácviku a pochopení principů práce dochází k velkému nárůstu produktivity práce při tvorbě situací, podélných profilů a dalších částí dokumentace. V současné době používáme SiteFlow pro projektování vodovodů, kanalizací a dalších sítí a to pro projekty všech velikostí od nejmenších až po největší. Proti stávajícím způsobům dosáhnete se SiteFlow zvýšení produktivity práce o dvoj až pětinásobek.
Obr. 2 Využití SiteFlow pro zvýšení produktivity projektování
Aplikace pro plánování rozvoje VaK a generely zásobování vodou a odvodnění
Model sítě, ať se jedná o vodovodní síť nebo síť splaškové, dešťové nebo jednotné kanalizace včetně prvků povrchového odvodnění je správným způsobem reprezentována v datech programu SiteFlow. Potom je možné posuzovat stávající stavy a po menších úpravách také různé scénáře výhledových stavů s cílem zohlednit při plánování rekonstrukcí a rozvoje výhledové potřeby řešené lokality.
Aktualizace modelu z GIS, fakturace vodného a dispečinku
Pokud pracujeme s offline modelem nebo on-line provozním simulačním modelem v reálném čase, potřebujeme, aby co nejvěrněji odpovídal aktuální situaci vodovodu. Topologická data jsou průběžně aktualizována podle změn v GISU. Údaje o odběrech jsou aktualizovány z fakturace vodného a dispečerského měření. Z dispečerského měření přebíráme také informace o hladinách, zapnutých čerpadlech, stavu uzávěrů a dalších vodárenských údajích souvisejících s hydraulikou vodovodní sítě a její kvalitou.
APLIKACE ON-LINE MODELU V REÁLNÉM ČASE
Časové simulace offline (periodické) a on-line (reálný čas)
V běžných offline simulačních modelech vodovodu pracujeme s faktorem času tím způsobem, že tento čas neodpovídá skutečnému času, ale můžeme pro simulované období zadat průběhy určitých parametrů, které se pak periodicky opakují. Typicky se jedná o odběry, které zadáváme s periodou 24 hodin, někdy s periodou jednoho týdne. Obdobné časové řízení je například pro otevírání a uzavírání přípojek, které odebírají technologickou vodu.
Na rozdíl od toho v modelu, který pracuje v reálném čase, přebíráme údaje o skutečných odběrech a z nich sestavujeme předpověď chování sítě. On-line model v reálném čase přebírá skutečně naměřené okrajové podmínky, které získáme z dispečerského měření. Část dispečerského měření slouží jako kontrolní podmínky.
Obr. 3 Využití pro simulační modelování – posouzení dešťové kanalizace
Možnosti a příležitosti pro provoz vodovodu – úspory na instalaci a provozu měření
On-line simulační model přináší rozšíření pohledu na provozovaný vodovod. Běžným dispečerským měřením vidíme jen na ta místa, která jsou měřena. Simulační model dává dobrou informaci o chování vodovodu ve všech místech, i tam, kde není dispečerské měření. To znamená, že můžeme ušetřit značné množství investičních i provozních nákladů, které bychom jinak, kdybychom chtěli mít podrobné informace o chování vodovodu ve všech místech, museli vynaložit na instalaci měřících míst, jejich údržbu a přenosy dat do dispečerského centra. On-line simulační model umožňuje uspořit, respektive minimalizovat množství měřených míst a veličin na vodovodní síti, s tím, že dispečer a další uživatelé mají kvalitní informace o chování vodovodu v čase a místě. U kanalizačních sítí je program SiteFlow rozšířen o dva moduly – citlivostní analýzu a historické/hromadné výpočty. Oba moduly šetří velké množství práce při tvorbě, kalibraci a verifikaci modelů odvodnění.
Další možnosti pro provozní pracovníky
Vedle využití toho, co přináší on-line simulační model, mají provozní pracovníci příležitost sledovat chování sítě přehledně na celkové situaci v mapě zásobovaného území nebo v potřebném detailu. V těchto situacích je možné zobrazovat průběhy a změny provozních veličin – tlaků, stáří vody, jejich minima a maxima apod. Obdobně je možné sledovat kolísání tlaků a průtoků v podélných profilech jednotlivých řadů.
Pohled do budoucnosti – předpovídání budoucího chování umožní proaktivní řízení
On-line simulační model spolu s plánem uzavírek a hlášením o uzavírání a otevírání uzávěrů na vodovodní síti, spolu s předpokládaným chováním odběratelů, umožňuje předvídat kritické provozní stavy, způsobené plánovanými i neplánovanými manipulacemi. Díky tomu má dispečer dostatek času k tomu, aby mohl zorganizovat práce na vodovodní síti tak, aby nedošlo k výpadku zásobování vodou. To znamená, že nedojde k výpadku fakturace v těch místech, které by mohly být bez vody. Současně dojde ke snížení nebo eliminaci stížností na problémy se zásobováním vodou.
Návrat do minulosti – informace o chování vodovodu
Zákaznické centrum může využít simulačního modelu vodovodu, který funguje v reálném čase k tomu, aby mohlo kvalifikovaněji odpovědět na stížnosti zákazníků a pomoci jim rozlišit, zda výpadky v zásobování vodou jsou způsobeny veřejnou částí vodovodu, nebo je problém ve vnitřních instalacích.
Základ pro posuzování investic pro rozšiřování nebo rekonstrukce vodovodu
Díky tomu, že je simulační model průběžně aktualizován na základě aktuálních dat z geografického informačního systému, a doplňovány okrajové podmínky z dispečerského měření a záznamu manipulací na síti, představuje tento model dobrý základ pro budoucí plánování investic. Úspora práce, času a financí je v tom, že nemusíte sestavovat individuální model pro plánování investic, použijete kopii aktuálního on-line simulačního modelu vodovodu, s kterou budete pracovat v offline režimu.
Co znamená proaktivní řízení
Dnes v běžném provozu dispečer čeká, zda se vyskytne narušení podmínek zásobování vodou, kterou nahlásí většinou některý z odběratelů. Teprve poté organizuje dispečer opatření k eliminaci této události. Pokud by chtěl jednat dříve, než k události dojde, nemá dostatečné informace. Nasazení on-line simulačního modelu v reálném čase umožňuje, aby mohl část těchto narušení podmínek zásobování vodou, zejména spojených s plánovanou nebo právě realizovanou činností na síti, předpovědět. Díky tomu může proaktivně koordinovat práci vodáků v terénu tak, aby k očekávanému narušení nedošlo.
Jaké jsou úspory
Prvotní investice do on-line simulačního modelu v reálném čase se zaplatí díky úsporám ze snížení počtu stížností uživatelů na narušení podmínek dodávky vody, ve zrychlené a kvalifikovanější odpovědi zákaznického centra na některé stížnosti zákazníků, v eliminaci výpadků fakturace vodného, ve snížení investičních a provozních nákladů na rozšiřování měřených míst do distribuční sítě, ve snížení nákladů na tvorbu modelu při posuzování investic a v úplnější informaci o chování vodovodní sítě v prostoru a čase.
Obr. 4 Schéma dispečerského řízení
Závěr
Použití on-line simulačního modelu vodovodu, který pracuje v reálném čase a je aktualizován z dat GISu, fakturace vodného, dispečerského měření a evidence manipulací s uzávěry na síti, je vhodným nástrojem, který pomůže se zlepšením informací o provozních parametrech vodovodu, dá provozním pracovníkům větší jistotu při plánování a provádění manipulací na síti a zároveň umožní snižovat provozní náklady při některých vykonávaných činnostech díky možnosti proaktivního řízení v těch případech, které je možné předpovědět. Společnost Aquion dlouhodobě programuje software SiteFlow, a modul On-line vodovod, který využijte jako základ pro tvorbu on-line simulačního modelu vodovodu v reálném čase.