Długie okresy bezdeszczowe przeplatane ulewami są coraz większym wyzwaniem dla wodociągów. Retencja, monitoring i AI mogą pomóc w przewidywaniu awarii i uzdatnianiu wody – mówi prof. Stanisław Rybicki z Politechniki Krakowskiej.
– Bezpieczeństwo wodne trzeba dziś rozpatrywać z dwóch stron: okresowych niedoborów wody potrzebnej mieszkańcom i przemysłowi oraz coraz częstszych intensywnych opadów prowadzących do lokalnych podtopień, a czasem także wielkoskalowych powodzi – zwraca uwagę dr hab. inż. Stanisław M. Rybicki, prof. Politechniki Krakowskiej z Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki.
Jak wyjaśnia, charakterystyczna dla ostatnich lat – nie tylko w Polsce, ale niemal w całej Europie – jest „ekstremalizacja zjawisk pogodowych”: długotrwałe okresy bezdeszczowe są przeplatane ulewnymi opadami.
– Jeśli popatrzymy na wartości rocznych opadów, to nie wygląda to źle w dłuższej perspektywie czasowej. Natomiast wielkim problemem jest duża nierównomierność opadów w poszczególnych okresach oraz na poszczególnych obszarach – podkreśla prof. Rybicki.
Oba zjawiska mogą utrudniać życie mieszkańców, zakłócać funkcjonowanie gospodarki i stawiać nowe wymagania przed systemami zaopatrzenia w wodę.
Zmiany te już dziś wpływają na funkcjonowanie wodociągów. Prof. Rybicki zwraca uwagę, że narastają problemy z dostępnością odpowiedniej ilości wody surowej. Dotyczy to przedsiębiorstw korzystających z wód powierzchniowych, ale coraz częściej również systemów opartych na wodach podziemnych, które dawniej uchodziły za bardziej odporne na sezonowe wahania dostępności wody.
Kolejnym problemem jest jej jakość. W okresach suchych może pogarszać się jakość ujmowanej wody, co z kolei może wymuszać większe zużycie środków chemicznych podczas uzdatniania.
Politechnika Krakowska prowadzi badania, które mają pomóc systemom wodociągowym dostosowywać się do takich zmian. Naukowcy zajmują się m.in. jakością wody w zmieniających się warunkach klimatycznych, uwzględniając wpływ wyższych temperatur, zmniejszonych przepływów i zmian stężenia zanieczyszczeń. Badają także efektywność procesów uzdatniania z wykorzystaniem różnych koagulantów i metod oczyszczania.
Jednym z kierunków badań jest wykorzystanie sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego w zarządzaniu systemami wodociągowymi.
Jak tłumaczy prof. Rybicki, systemy pozwalające wykrywać awarie oraz optymalizować ciśnienie wody w sieci, są już niemal codziennością, zwłaszcza w przypadku dużych wodociągów. Zastosowanie AI do przewidywania awarii oraz sterowania dawkami substancji wykorzystywanych w procesie uzdatniania pozostaje natomiast przedmiotem badań wdrożeniowych.
– Bardziej zaawansowane systemy, będące w trakcie badań, będą pozwalały na automatyczne wypracowanie decyzji o korygowaniu dawki chemikaliów – koagulantów, środków dezynfekcyjnych – tak, aby minimalizując zużycie środków chemicznych, zapewniać cały czas wodę o wysokiej jakości niezależnie od zmian jakości wody surowej – mówi prof. Rybicki.
Podstawą działania takich rozwiązań są dane, najlepiej pochodzące z pracujących w sposób ciągły czujników jakości wody i ciśnienia, rozmieszczonych w charakterystycznych punktach miasta. Algorytmy mogą je zestawiać z danymi o wcześniejszych awariach i na tej podstawie wspierać operatora w podejmowaniu decyzji.
– Na końcu zawsze jest i będzie wysoko wykwalifikowany personel, podejmujący decyzje operacyjne – zastrzega badacz.
Na Politechnice Krakowskiej rozwijany jest m.in. autonomiczny system wykrywania zagrożeń, oparty na sztucznej inteligencji i wykorzystujący własne urządzenia pomiarowe. Uczelnia prowadzi także badania nad wykorzystaniem uczenia maszynowego w eksploatacji sieci wodociągowych i analizie dużych zbiorów danych pochodzących z rozległych sieci.
Innym rozwiązaniem związanym z bezpieczeństwem wodnym jest mobilna kontenerowa stacja uzdatniania wody, testowana w Krakowie. Jak wyjaśnia prof. Rybicki, możliwości takiej instalacji zależą od celu, dla którego została zaprojektowana, oraz stopnia jej wyposażenia.
Testowana stacja jest w stanie usuwać także trudne zanieczyszczenia, wynikające z zasolenia ujmowanej wody.
– Dobowa produkcja wody przez stację może zapewnić zaopatrzenie nawet dla kilku–kilkunastu tysięcy osób – wskazuje prof. Rybicki.
Badacz zastrzega jednak, że nie można generalizować możliwości takich instalacji – każda jest projektowana pod określone wymagania i od zastosowanej technologii zależy, z jakimi zanieczyszczeniami będzie mogła sobie poradzić.
Zdaniem prof. Rybickiego w ostatnich dekadach w polskich przedsiębiorstwach wodociągowych widoczny jest rozwój systemowego podejścia do bezpieczeństwa – zarówno fizycznego, czyli ochrony przed dostępem osób niepowołanych, jak i cyberbezpieczeństwa oraz bezpieczeństwa energetycznego.
W przygotowaniu na okresy niedoboru wody i powodzie coraz większą rolę odgrywa również retencja.
– Coraz więcej buduje się zbiorników retencyjnych, o różnej wielkości, pozwalających na efektywne kompensowanie wahań w dostępności wody surowej – mówi ekspert.
Pozytywnie ocenia również budowę zbiorników wody czystej, które mogą wspomagać pracę wodociągów zarówno w okresach suszy, jak i podczas przechodzenia fali powodziowej. Ochronę przed skażeniem wspierają natomiast zaawansowane systemy analizy jakości wody, pozwalające odpowiednio wcześnie reagować na zagrożenie.
Prof. Rybicki nie spodziewa się, żeby sztuczna inteligencja w ciągu najbliższych lat spowodowała skokową zmianę w zarządzaniu wodociągami. Przewiduje raczej dynamiczny, ale stopniowy rozwój rozwiązań już obecnie stosowanych i wdrażanych.
Podkreśla jednocześnie, że nie ma jednej technologii, która rozwiąże problem bezpieczeństwa wodnego.
– Zaopatrzenie mieszkańców i przemysłu w wodę jest zbyt poważne, aby pokusić się o znalezienie jednego „hitu” – zaznacza.
Bezpieczeństwo wodne wymaga – jak podkreśla – wielu równoległych działań: długofalowego planowania systemów zaopatrzenia w wodę, wdrażania rozwiązań wspomagających ich pracę, oszczędzania wody przez odbiorców, a także projektowania nowych budynków wykorzystujących systemy wody szarej.
Anna Mikołajczyk-Kłębek (PAP)
Źrodło: Nauka w Polsce
