Badacze ze Stanford opracowują lepszy sposób na wykrywanie podziemnych wycieków wody

Możesz opóźnić nawadnianie trawnika lub mycie samochodu, ale aby naprawdę zrobić duży krok w kierunku oszczędzania wody, musimy zatrzymać jej marnowanie na długo przed tym, jak cenny surowiec trafi do naszych kranów.

Nowy sposób na wykrywanie przecieków w starzejących się rurach pod ziemią może zaoszczędzić pieniądze i miliardy galonów wody. (Image credit: HiddenCatch / iStock)

Oszacowano, że od 20 do 50 procent wody jest tracone przez nieszczelności w systemie dostaw w Ameryce Północnej – jest to poważny problem, ponieważ firmy użyteczności publicznej zmagają się z tym, jak utrzymać rosnącą populację w erze niedoboru wody.

„Ludzie mówią o skróceniu czasu brania prysznica, ale jeśli pomyślimy o 50 procentach wody przepływającej przez system, która jest tracona, to jest to inna skala”, powiedział autor badania Daniel Tartakovsky, profesor inżynierii zasobów energetycznych w Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth).

W ruchu, który potencjalnie może zaoszczędzić pieniądze i miliardy galonów wody, Tartakovsky, wraz z Abdulrahmanem Alawadhi z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, zaproponowali nowy sposób na szybką i dokładną interpretację danych z czujników ciśnienia powszechnie stosowanych do wykrywania wycieków.

Oprócz przedsiębiorstw wodociągowych, Tartakovsky powiedział, że metoda ta może być również stosowana w innych branżach, które używają czujników ciśnienia do wykrywania wycieków, takich jak sieci przesyłowe ropy naftowej i gazu ziemnego, które przebiegają pod powierzchnią morza i stanowią dodatkowe zagrożenie dla środowiska.

Badania zostały opublikowane online 12 lutego w czasopiśmie Water Resources Research.

Water hammer

Nowa metoda jest ukierunkowana na wycieki wody w sieciach przesyłowych, które są zazwyczaj prowadzone poza zasięgiem wzroku pod ziemią. Sieci przesyłowe wody w Ameryce Północnej i dużej części Europy są wyposażone w czujniki mierzące ciśnienie w celu zmierzenia przepływu.

Badacze oparli się na technice znanej jako test uderzenia wodnego – przemysłowym standardzie przewidywania lokalizacji wycieków. Test polega na nagłym odcięciu przepływu przez rurę i wykorzystaniu czujników do zebrania danych o tym, jak rozchodzi się powstała fala uderzeniowa, czyli „uderzenie wodne”. Tartakovsky i Alawadhi proponują nowy sposób asymilacji tych danych do modelu matematycznego w celu zawężenia lokalizacji wycieku.

Obecna metoda wykrywania wycieków jest kosztowna obliczeniowo; aby obniżyć koszty, analitycy muszą przyjąć wiele upraszczających założeń, twierdzi Tartakovsky.

„Zaproponowaliśmy metodę, która jest na tyle szybka, że nie trzeba przyjmować tych założeń, a więc jest dokładniejsza – można to robić w czasie rzeczywistym na laptopie” – powiedział Tartakovsky. „Jest to coś, co przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą wykorzystać przy użyciu istniejących zasobów obliczeniowych i modeli, które już posiadają.”

Poprawiając szybkość i dokładność, metoda badaczy pozwala zaoszczędzić pieniądze, zarówno pod względem czasu i pracy, jak i kosztów zmarnowanej wody. Na przykład, jeśli chcielibyśmy znaleźć wyciek w rurze o długości boiska do piłki nożnej, moglibyśmy przekopać całe pole, aż trafimy na mokrą glebę, albo moglibyśmy użyć nowej metody, aby ograniczyć lokalizację wycieku do 10-metrowego odcinka rury.

„W miastach jest to trudniejsze, ponieważ rury znajdują się pod budynkami i trzeba zrywać asfalt i tym podobne rzeczy, więc im dokładniej przewidujemy lokalizację, tym lepiej” – powiedział Tartakovsky.

Miasta mają największy potencjał do poważnych wycieków wody – a im starsze obszary miejskie, tym większe problemy, z ich złożonymi sieciami starzejących się rur.

„Dla operatorów, którzy rutynowo używają testów uderzeń wodnych, koszt tego jest zerowy – jest to po prostu lepszy sposób interpretacji tych testów”, powiedział Tartakovsky. „Nie sprzedajemy tego ani nie patentujemy, więc ludzie mogą po prostu użyć tego i zobaczyć, czy dostaną lepsze prognozy.”