Riziková analýza vodovodu obecního typu
Obsahem příspěvku je praktická ukázka provedení rizikové analýzy vodovodu obecního typu, čímž je myšlen vodovod provozovaný obcí. K realizaci rizikové analýzy byla použita metodika WateRisk, stejně tak jako stejnojmenný software.
1 Úvod
Riziková analýza obecně představuje systematické využívání dostupných informací k identifikaci možných nebezpečí a ke kvantifikaci rizik, které z těchto nebezpečí plynou. Riziková analýza tvoří jednu ze součástí systému řízení rizik. Je to strukturovaný proces, který se pokouší odpovědět na tři základní otázky: Co by se mohlo pokazit? S jakou pravděpodobností se to stane? Jaké budou následky?
Problematika kvantifikace rizik veřejných vodovodů byla podrobně řešena v rámci výzkumného projektu „Identifikace, kvantifikace a řízení rizik veřejných systémů zásobování pitnou vodou“, označovaného též zkráceně WaterRisk [2]. Riziková analýza podle metodiky WaterRisk se skládá z několika následujících kroků:
- popis systému,
- identifikace nebezpečí,
- analýza nežádoucích stavů:
- analýza četností,
- analýza následků.
Teoretický základ a detailní popis metodiky již byly prezentovány v mnoha odborných článcích (Tuhovčák a kol., 2005–2010). Metodický postup je tedy v následujícím textu popsán pouze velmi stručně.
Prvním krokem je provedení popisu předmětného vodovodního systému, kdy je potřeba vyjmenovat a podrobně popsat všechny prvky systému, přičemž analýza může být zaměřena na celý systém či jen na jeho část. Následující riziková analýza je pak prováděna už pouze pro prvky obsažené v popisu, a to hodnocením pravděpodobnosti vzniku nežádoucích stavů, které mohou na systému nastat, a také potenciálních následků. V rámci projektu WaterRisk bylo doposud definováno celkem 50 nežádoucích stavů, kdy každý z nich je zastoupen speciální metodikou pro analýzu pravděpodobnosti jeho vzniku a z toho plynoucích následků. Jako podpůrný prostředek k provedení kompletní rizikové analýzy vodovodních systémů je možné využít on-line aplikaci WaterRisk dostupnou na stejnojmenných internetových stránkách [6].
Metodika WaterRisk rozlišuje dva druhy vodovodů podle rozsahu – jednoduché a komplexní systémy. Pro určení o jaký typ se jedná, jsou používána následující kritéria:
- počet zásobovaných obyvatel,
- počet přípojek,
- délka sítě,
- objem vody vyrobené k realizaci,
- složitost použité technologie úpravy vody.
Limitní hodnoty pro určení typu systému jsou zřejmé z tab. 1 uvedené níže k popisu podpůrného software.
1.1 Cíl práce
Cílem práce bylo provést rizikovou analýzu vodovodní sítě pro vybrané nežádoucí stavy, a to na vodovodu tzv. obecního typu, čímž byl myšlen vodovod provozovaný obcí, avšak svým rozsahem odpovídající co nejmenšímu komplexnímu systému. Komplexní systémy jsou totiž povětšinou provozovány odbornými vodárenskými společnostmi a cílem autorů bylo poukázat na případné těžkosti obecního provozovatele s provedením rizikové analýzy odpovídajícím způsobem.
2 Zájmová lokalita
Jako nejvíce odpovídající záměru bylo pro provedení rizikové analýzy vybráno nejmenované město, které se nachází v Jihomoravském kraji, cca 30 km od Brna. Spotřebiště zahrnuje celkem 2 384 zásobovaných obyvatel, čemuž odpovídá objem vody vyrobené 84 tis. m3.rok−1 (2011).
2.1 Popis vodovodního systému
Daná obec nedisponuje vlastním zdrojem pitné vody. Pitná voda je zde přebírána od blízké (geograficky) vodárenské společnosti. Zdrojem surové vody jsou kvartérní zvodně řeky Moravy, ze kterého je voda přečerpávána a následně upravována na úpravně vody.
Místní vodovodní síť je tvořena rozváděcími řady z materiálu šedá litina a PVC v celkové délce 17 373 m s počtem přípojek 520. Potrubí z šedé litiny bylo vybudováno kolem roku 1960, není opatřeno vnější ani vnitřní povrchovou ochranou.
Obr. 1 Schéma místního vodárenského systému
Spotřebiště je rozděleno na dvě tlaková pásma, přičemž I. tlakové pásmo zásobuje zástavbu v nadm. výškách 230–260 m n. m. Maximální hydrostatický tlak byl zjištěn v hodnotě 0,66 MPa a minimální hydrodynamický tlak 0,22 MPa. Tlakové pásmo II. pak zásobuje zástavbu ve výškách 195–255 m n. m., přičemž maximální hydrostatický tlak je zde 0,71 MPa, minimální hydrodynamický tlak 0,1 MPa dle provozního řádu vyplývající z výšky zástavby. Součástí systému jsou též dvě čerpací stanice.
Potrubí není čištěno, pouze odkalováno podle provozního řádu minimálně 2× ročně, šoupata jsou protáčena jedenkrát za rok.
Jakost dopravované vody v plné míře vyhovuje vyhlášce č. 252/2004 Sb. Teplota dopravované vody je značně nestabilní a je vázána na roční období. Z protokolů o provedených rozborech vyplývá, že v jarních měsících se teplota pohybuje kolem 5 °C a v letních měsících dosahuje až teploty 17,5 °C. Pitná voda je před distribucí spotřebitelům hygienicky zabezepčena roztokem chlornanu sodného.
2.2 Kontrola zákalu
Litinové potrubí použité při výstavbě vodovodu je bez vnitřní povrchové ochrany a v celé obci je síť po topologické stránce řešena jako větvená. Pracovní skupina tedy pracovala s předpokladem, že zvýšený zákal bude jeden z nežádoucích stavů. Z toho důvodu bylo provedeno měření zákalu ve vodovodní síti, jako technická podpora pro bodové ohodnocení nežádoucího stavu.
Kontrolní měření zákalu za účelem zjištění, zda je relevantní uvažovat o nežádoucím stavu zvýšení zákalu, proběhlo během odkalování potrubí prostřednictví jednoho z koncových hydrantů za přítomnosti provozovatele vodovodu. Cílem bylo ověřit vliv náhlé změny hydraulických podmínek na výskyt zákalu.
Měření zákalu bylo provedeno na dvou bodech sítě:
- Na výtoku z odkalovacího hydrantu,
- Na výtoku z „kohoutku“ v místních potravinách (vzdálenost potravin a hydrantu cca 500 m).
Vzorkování bylo provedeno na zmíněném hydrantu po 1 minutě po celou dobu odkalování tj. 10 minut. Na „kohoutku“ v potravinách byl interval vzorkování po dobu prvních 120 sekund po 15 s, dále pak po jedné minutě až do ukončení odkalování. Průběh zákalu během odkalovacího procesu v obou kontrolních bodech byl vynesen do následujících grafů.
Obr. 2 Průběh zákalu při odkalení potrubí – prodejna potravin
Obr. 3 Průběh zákalu při odkalení potrubí – koncový hydrant
V průběhu první minuty je zřetelně vidět rychlý nárůst hodnoty zákalu až k mezní hodnotě 5 ZFt. Od druhé minuty je už zřetelné kolísavé ustálení zákalu pod hodnotu 1 ZFt. Měření prokázalo pozitivní vliv odkalování na odběrné místo.
Koncový hydrant slouží především pro odkalení potrubí. Proto lze předpokládat v jeho blízkosti větší přítomnost zákalotvorných látek než v ostatních částech sítě. Při odkalení potrubí je zajímavý průběh kolísání hodnoty zákalu, jejíž tvar se nápadně blíží křivce sinusoidy se snižující se amplitudou v závislosti na čase.
3 Riziková analýza
Riziková analýza je systematické použití dostupných informací k identifikaci možných nebezpečí a k odhadu rizika pro jednotlivce nebo obyvatelstvo, majetek nebo životní prostředí. Riziková analýza zahrnuje definici cílů analýzy, rozsah platnosti, identifikaci nebezpečí a odhadování rizika. Je to strukturovaný proces, který identifikuje jak pravděpodobnost, tak rozsah nepříznivých následků pocházejících z dané činnosti, zařízení nebo systému. Rizik analýza se pokouší odpovědět na tři základní otázky:
- Co by se mohlo pokazit? (Identifikací nebezpečí)
- S jakou pravděpodobností se to stane? (Analýzou četností)
- Jaké budou následky? (Analýzou následků)
Jedná se o preventivní přístup, kdy jsou jednotlivé nežádoucí stavy aktivně vyhledávány, analyzovány a posuzovány s ohledem na následky způsobené jednotlivci, populací, systému a životnímu prostředí.
3.1 Metodika
Riziková analýza v zájmové oblasti byla provedena za využití metodiky, která byla vyvinuta v rámci výzkumného projektu „Identifikace, kvantifikace a řízení rizik veřejných systémů zásobování pitnou vodou“, označovaného zkráceně též WaterRisk. Metodika [2] je souhrnem postupů a pravidel, které tvoří koncepční rámec pro provádění rizikové analýzy celého systému zásobování pitnou vodou od vodního zdroje až po kohoutek spotřebitele. Metodika jednotně stanovuje úroveň dekompozice systému na jeho jednotlivé prvky, použité metody analýzy, způsob kvantifikace rizika a další. Metodika vykazuje rozdílné přístupy pro jednoduché a komplexní systémy. Blíže je celá metodika popsána v četných publikacích, které byly vydány v průběhu řešení zmíněného projektu [2][3].
3.2 Softwarová podpora
Obr. 4 Aplikace WaterRisk – hlavní menu
Riziková analýza je proces poměrně časově náročný a je velmi vhodné k tomuto účelu využít podpůrné softwarové prostředky, které umožňují jednak objektivizovat prováděné hodnocení, jednak i pokročilou a systematickou správu dat, ať už vstupních či stanovených. Jedním z dostupných nástrojů je aplikace WaterRisk, která byla vyvinuta v rámci zmíněného stejnojmenného projektu WaterRisk v podobě webové aplikace.
Tato aplikace je vlastně modelem rizik, který je matematicky, graficky i slovně popsán právě pro systémy zásobování vodou. Model zahrnuje celý vodovodní systém s jeho prvky, významné vazby s okolím, pravidla, okolnosti a podmínky. Model WaterRisk umožňuje provádění analýzy rizik různých vodárenských systémů a jejich technologických částí.
Aplikace WaterRisk je provedena jako interaktivní databázový software, který prostřednictvím internetového prohlížeče umožňuje uživatelům provádět rizikovou analýzu jejich systému zásobování pitnou vodou. Aplikace je přístupná prostřednictvím internetu po předchozí registraci.
4 Případová studie
Tab. 1 Volba metodiky podle rozsahu systému – jednoduchý nebo komplexní
Výše popsaný cíl – provedení rizikové analýzy vodovodu obecního typu – byl realizován právě s využitím aplikace WaterRisk.
Riziková analýza je provedena jak v metodice jednoduché, tak v metodice komplexní. Obec svými parametry splňuje podmínky pro označení za komplexní systém. Avšak hodnoty kritérií (viz Tabulka 1) jen mírně přesahují doporučené limity pro volbu metodiky. Obec byla vybrána takto záměrně s cílem srovnat náročnost provedení rizikové analýzy podle obou postupů – pro jednoduché i komplexní systémy.
Před provedením rizikové analýzy je nezbytné celý analyzovaný systém pečlivě popsat a dekomponovat na jednotlivé prvky, které jsou následně pořízeny do aplikace WaterRisk. V posuzovaném systému se nacházely následující prvky: dvě čerpací stanice, dva vodojemy a dvě tlaková pásma. Místní vodovod je zásobován z podzemního zdroje prostřednictvím úpravny, přičemž tyto nejsou v působnosti provozovatele místního vodovodu.
Pro každý prvek analyzovaného vodárenského systému byly verifikovány připravené seznamy nebezpečí, které jsou členěny podle svého původu na přírodní, společenská, technická a technologická.
Aplikace nabízí celkem pro distribuční část systému celkem 66 nebezpečí, přičemž pracovní skupinou bylo identifikováno a uznáno za relevantní pro daný případ 16 nebezpečí:
- Přírodní nebezpečí – zásah bleskem, elektrický výboj; nízká teplota vzduchu; vzdušná kontaminace;
- Společenské nebezpečí – odběratelé; neodborný fyzický zásah odběratele do SZV; vandalismus, krádež, vloupání; zatížení dopravou; stavební práce v blízkosti objektu;
- Technické a technologické nebezpečí – propojení systému; nevhodné vlastnosti dopravované vody, mechanická závada; vysoký provozní tlak; nevyhovující hydraulická kapacita; nevyhovující směry proudění; stárnutí materiálu a změna jeho vlastností; křížení či souběh s kanalizací.
Obsah jednotlivých nebezpečí je velmi podrobně vysvětlen v literatuře.
Na základě seznamu platných nebezpečí byly aplikací vygenerovány nežádoucí stavy, které představují pro daný vodovodní systém riziko.
Nežádoucí stavy pro přítomné vodojemy:
- Porušení / destrukce stavební konstrukce manipulační komory vodojemu;
- Porušení / destrukce stavební konstrukce akumulační nádrže vodojemu;
- Zhoršení kvality pitné vody v akumulační nádrži vodojemu*;
- Akumulace sedimentů na dně akumulační nádrže vodojemu;
- Porucha dávkování dezinfekce;
- Kontaminace pitné vody v akumulační nádrži vodojemu.
Nežádoucí stavy pro čerpací stanice:
- Zhoršení kvality pitné vody v akumulační nádrži ČS;
- Kontaminace pitné vody v akumulační nádrži ČS;
- Akumulace sedimentů na dně akumulační nádrže ČS.
Nežádoucí stavy pro vodovodní síť:
- Tvorba biofilmů;
- Tvorba inkrustů – plošné vyhodnocení*;
- Koroze kovových potrubí;
- Porucha řadu s přerušením dodávky vody – plošné vyhodnocení;
- Zhoršení chuti, pachu nebo teploty dopravované vody*;
- Nedostatečná hydraulická kapacita sítě;
- Tvorba trihalogenmethanů (THM) a jiných vedlejších produktů dezinfekce;
- Porucha uzavírací armatury – šoupě – plošné vyhodnocení.
K dalšímu zpracování a podrobné analýze byly pracovní skupinou vybrány tři nežádoucí stavy (v seznamu výše označeny znakem *). U těchto byla provedena analýza četností vzniku, která je v případě použití metodiky pro komplexní systémy nezbytná, realizována na základě bodového hodnocení faktorů.
Dále uvádíme pro ilustraci celého postupu bodové ohodnocení za účelem analýzy četnosti jednoho ze tří nežádoucích stavů „Zhoršení kvality pitné vody v akumulační nádrži vodojemu“ podle několika faktorů:
- Nedostatečná údržba;
- Stagnace vody a stárnutí vody, způsob provozování;
- Nevhodné vlastnosti akumulované vody;
- Biofilm, oživení vody, vzdušná kontaminace.
Tab. 2 Ukázka bodového hodnocení podle faktoru F1 Nedostatečná údržba vodojemu
Komentář: Vodojem je obsluhován a udržován vyškoleným technikem, roční počet odběru vzorků je stanoven provozním řádem.
Tab. 3 Ukázka bodového hodnocení podle faktoru F2 Stagnace vody a stárnutí vody, způsob provozování
Komentář: V nádrži vodojemu dochází k nedokonalé cirkulaci vody, která je daná stavebním řešením vodojemu. Odtok i přítok vody je umístěn ve stejné části akumulační nádrže vodojemu. Voda v určitých místech stagnuje a tím se zhoršuje kvalita pitné vody – bodové skóre č. 2. Doba zdržení je max. 48 hodin dle provozního řádu – vyhovuje pro bodové skóre č. 1.
Tab. 4 Ukázka bodového hodnocení podle faktoru F3 Nevhodné vlastnosti akumulované vody
Komentář: Teplota vody ve vodojemu dosahuje v letním období teploty až 17 °C, z toho důvodu je nežádoucí stav F3 ohodnocen bodovým skórem č. 2. Obsah biodegrabilního organického uhlíku není znám, tato analýza se při odběru vzorků i pro úplný rozbor vody neprovádí.
Tab. 5 Ukázka bodového hodnocení podle faktoru F5 Biofilm, oživení vody, vzdušná kontaminace
V případě použití jednoduché metodiky se u analýzy četností neprovádí bodové hodnocení pomocí faktorů. Metodika jednoduchá obsahuje pouze celkové ohodnocení pravděpodobnost vzniku v analýze četnosti. Je zde tedy značný rozdíl v náročnosti na vstupní data.
Výstupem z analýzy rizik je matice rizik, která poskytuje hodnotiteli přehled o počtu nežádoucích stavů odpovídající různému stupni rizika, přičemž riziko je definováno součin dvou hodnot: pravděpodobnosti vzniku P a míře následků C.
Tab. 6 Výsledná matice rizik
Z matice rizik je patrné, že pro daný vodovod byly dva nežádoucí stavy ohodnoceny pravděpodobností P = 3 a mírou následků C = 1, což odpovídá střednímu riziku:
- DNS_339 Tvorba inkrustů – plošné vyhodnocení;
- NS_332 Zhoršení chuti, pachu nebo teploty dopravované vody.
Jeden nežádoucí stav byl ohodnocen pravděpodobností P = 2 s mírou následků C = 1, což znamená nízké riziko:
- NS_302 Zhoršení kvality pitné vody v akumulační nádrži vodojemu.
5 Závěr
Cílem práce bylo analyzovat rizika u vodovodní sítě obecního typu a porovnat náročnost na provedení za použití jednoduché a komplexní metodiky. Parametry zvolené vodovodní sítě se vhodně blíží nastavenému rozhraní výše uvedených metodik v aplikaci WaterRisk.
Při použití metodiky komplexní, která byla vyhodnocena aplikací WaterRisk jako vhodnější podle kritérií dle tab. 1, bylo často poměrně obtížné provést bodové hodnocení u faktorů ovlivňujících pravděpodobnost vzniku nežádoucích stavů. Důvodem obtížnějšího hodnocení byl malý rozsah dat o provozovaném vodovodu, stejně jako malá četnost a rozsah provozních měření, rozborů jakosti vody atd., které nejsou standardně k dispozici při běžném provozování vodovodu tohoto rozsahu a jejich pořízení pouze pro účely provedení rizikové analýzy by bylo neúčelně nákladné.
Konkrétně na této případové studii se ukázalo vhodnější použití metodiky jednoduchá, ač byl vodovod podle kritérií předurčen pro posuzování jako systém komplexní. U metodiky pro jednoduché systémy se analýza četnosti u nežádoucích stavů vyhodnocuje pouze určením (kvalifikovaným odhadem) souhrnně pro nežádoucí stav. Takové stanovení je jednoznačně snazší, avšak může být méně přesné.
V průběhu práce byla provedena analýza podle obou metodik, tedy pro jednoduché i komplexní systémy. Výsledky se (snad ne náhodou) shodly podle obou postupů. Závěrem je třeba taktéž podotknout, že analýzu rizik by měla provádět pouze osoba kvalifikovaná, s praxí v oboru vodního hospodářství a se znalostí základních principů analýzy rizik.
Poděkování
Příspěvek byl zpracován za finanční podpory Grantové agentury VUT v Brně v rámci řešení grantového projektu specifického výzkumu FAST-S-11-24 1224.
Použitá literatura
- [1] POTYŠOVÁ, P. Riziková analýza vodovodu obecního typu : diplomová práce. Brno, 2011. 106 s., 41 s. příl. Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. Ústav vodního hospodářství obcí. Vedoucí diplomové práce Ing. TOMÁŠ KUČERA, Ph.D.
- [2] TUHOVČÁK, Ladislav. WaterRisk: analýza rizik veřejných vodovodů. Vyd. 1. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2010, 254 s. ISBN 978-80-7204-676-8.
- [3] TUHOVČÁK, L.; RUČKA, J.; KUČERA, T.; TŘASOŇOVÁ, P. Hodnocení rizik veřejných vodovodů pomocí softwarové aplikace WaterRisk. In Rizika ve vodním hospodářství. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2010. s. 127–132. ISBN: 978-80-7204-703- 1.
- [4] TUHOVČÁK, L.; KUČERA, T.; RUČKA, J.; SVOBODA, M. Využití metod analýzy rizik pro hodnocení technického stavu vodovodních sítí. In Nové trendy ve zdravotním a ekologickém inženýrství po vstupu do EU. Praha, Česká republika: ČVUT v Praze, 2005. s. 133 (s.) ISBN: 80-01-03272- 8.
- [5] TUHOVČÁK, L.; RUČKA, J. Hazard identification and risk analysis of water supply systems. In LESAM 2007. Lisabon, Portugalsko: IWA, 2007. s. 104-104.
- [6] TUHOVČÁK, Ladislav. VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Identifikace, kvantifikace a řízení rizik veřejných systémů zásobování pitnou vodou: WaterRisk [online]. 2006 [cit. 2012-06-27]. Dostupné z: http://www.waterrisk.cz
The paper is a practical example of the implementation of risk analysis of municipal-type water distribution system, which is meant system operated by municipalities. The implementation of the risk analysis was used WateRisk methodology, as well as the same name software.
