Hydroinformatyka – wodociągi i kanalizacja Piotr Kosz Geografia IV r. GIS

Liczba ludności świata wciąż rośnie i przekracza ona obecnie 7 mld. Oznacza to że dostarczanie wody niezbędnej do codziennego życia człowieka jest sporym wyzwaniem technologicznym i organizacyjnym. Nie możemy zapominać tutaj iż z wodą wiążą się też ścieki które człowiek wytwarza. Ich odprowadzenie i takie przetworzenie by nie stwarzały zagrożeń, również stwarza istotne problemy.

Pierwsze systemy wodne i kanalizacyjne powstały już w starożytności. Przykładami są: Mohedżo Daro (dolina Indusu, 2600 p.n.e.); Grecja – cywilizacja minojska, Ateny; a także Persja. Najbardziej znane są jednak osiągnięcia Rzymian: akwedukty dostarczające wodę do miast z oddalonych miejsc, a także sieć kanalizacyjna Rzymu (Cloaca Maxima). W średniowieczu osiągnięcia te zostały praktycznie zapomniane. Dopiero w okresie rewolucji przemysłowej wodociągi i kolektory ściekowe odzyskały znaczenie. Sieci podziemnych rur zaczęły się dynamicznie rozrastać. W XX w. skonstruowano pierwsze komputery i zaczęła się prężnie rozwijać informatyka - nauka o elektronicznym przetwarzaniu informacji. Otworzyły się nowe możliwości sterowania i kontroli procesów i instalacji przemysłowych – w tym sieci wodociągowych i kanalizacyjnych. Z integracji informatyki, systemów GIS, hydrauliki, hydrologii, inżynierii zrodziła się hydroinformatyka która jest odpowiedzią na obecne problemy wykorzystania wody.

SCADA SCADA – ang. Supervisory Control And Data Acquisition – terminem tym określa się system komputerowy, który pozwala nadzorować pracę układu i przebieg procesu technologicznego, jednocześnie gromadząc dane, wizualizując je i archiwizując. System pełni rolę nadrzędną w stosunku do programowalnych sterowników logicznych (PLC). Procesem technologicznym można sterować ręcznie (operator widząc odczyty zadaje polecenie sterownikowi urządzenia) lub automatycznie (program wydaje polecenia sterownikom w oparciu o wcześniej ustalone przez operatora parametry)

Oprogramowanie Liczne korzyści wynikające z wykorzystania hydroinformatyki na omawianym polu zrodziły popyt na specjalistyczne oprogramowanie. Przykładem jest gama programów firmy Bentley Systems. Firma dostarcza programy zarówno dla zastosowań wodociągowych, jak i kanalizacyjnych (w tym do analiz i modelowania związanym z kanalizacją burzową). Przykładami są StormCAD V8i, WaterCAD, SewerCAD.

StormCAD V8i pozwala na analizy i projektowanie kanalizacji burzowej. Użytkownik może dzięki niemu obliczyć wielkość odpływu, modelować przepływ (czas, prędkość itp.) w zależności od różnych warunków i przekroju kanałów burzowych. Przy projektowaniu sieci program może podpowiedzieć optymalne parametry rur czy przebieg tak by uniknąć nadmiernych prac ziemnych.

Innym godnym uwagi programem jest HAMMER – program działający na platformieArcGIS, AutoCAD lub MicroStation. Pozwala obliczać przepływy, zoptymalizować sieć aby zmniejszyć wpływ uderzeń hydraulicznych, rozpatrywać scenariusze np. nagłych wzrostów ciśnień podczas wyłączenia pewnych sieci.

Przykład zastosowania - Walencja Do zarządzania siecią wodociągową hiszpańskiej Walencji w ramach projektu POWADIMA (Potable Water Distribution Management) został zastosowany nowy system. Tzw. sieć neuronowa określa wielkość zasilania sieci w wodę przez 2 stacje, w zależności od zapotrzebowania, poziomu wody w zbiornikach. Pozwoliło to na dostosowanie wielkości wypływu ze zbiorników i ciśnienia, a także zoptymalizować koszty energii elektrycznej zużywanej przez pompy.

schemat sieci neuronowej

porównanie kosztów działania – przy ręcznym sterowaniu i z zastosowaniem nowego systemu w oparciu o sieć.

wykres cen energii elektrycznej

schemat sieci wodociągowej Walencji

Bibliografia: en.wikipedia.org www.bentley.com Martinez F., Hernandez V., Jose M.A., Rao Z., Alvisi S., 2007: Optimizing the operation of the Valencia water distribution network. Journal of Hydroinformatics.