Олег Примин,
профессор, доктор технических наук, заместитель генерального директора ОАО «МосводоканалНИИпроект»
Утечки воды в сетях водоснабжения влекут за собой перерасход ресурсов, существенные затраты на ремонт, перерывы в обеспечении потребителей водой и ухудшение ее качества. Для комплексного решения этих проблем ОАО «МосводоканалНИИпроект » разработало «Стратегию снижения потерь воды в системе коммунального водоснабжения».
На современном этапе развития коммунального водоснабжения городов России особую актуальность для сокращения водопотребления и устранения непроизводительных затрат приобретают вопросы оценки и управления потерями воды, поскольку они оказывают существенное влияние на себестоимость услуг водоснабжающих предприятий [1]. Производство питьевой воды всегда превышает размер суммарной рациональной потребности. Это обусловлено целым рядом причин технического характера, а также бесполезным потреблением и неучтенными расходами воды. Питьевая вода – ценный природный и производственный ресурс, распоряжаться которым необходимо с большой ответственностью. Основными причинами, побуждающими бороться с утечками воды из водопроводной сети, как и с другими видами ее потерь, являются:
•дефицит водных ресурсов, как существующих, так и потенциальных;
•опасность вторичного загрязнения питьевой воды в случае снижения напора в месте утечки;
•финансовые и экономические аспекты;
•необходимость привлечения новых источников воды и, следовательно, дополнительных мощностей сооружений и капитальных вложений.
Важно отметить, что одним из основных показателей, которые позволяют объективно оценивать деятельность предприятия водопроводно-канализационного хозяйства (ВКХ), является величина потерь и неучтенных расходов воды.
Основные понятия
В российских нормативных документах в сфере водоснабжения приняты следующие основные понятия [2, 8]:
•неучтенные расходы воды – разность между объемами воды, подаваемой в водопроводную сеть и потребляемой (получаемой) абонентами;
•потеря воды в системе водоснабжения – объем воды, теряющейся при транспортировке, хранении, распределении;
•утечки воды – самопроизвольное истечение воды из емкостных сооружений и различных элементов водопроводной сети при нарушении их герметичности и авариях;
•скрытые утечки воды – утечки, не обнаруживаемые при внешнем осмотре водопроводной сети и емкостных сооружений.
Неучтенные расходы воды структурно подразделяются на следующие группы: полезные, технологически необходимые расходы; потери из водопроводной сети и емкостных сооружений; нерегистрируемые (организационно-учетные). Полезные, технологически необходимые расходы воды включают:
1. расход воды на собственные нужды водоснабжающего предприятия, профилактическое обслуживание системы транспорта воды:
•водопроводная сеть: промывка тупиковых участков трубопроводов (опорожнение, промывка, дезинфекция); промывка действующих участков трубопроводов (опорожнение, промывка, дезинфекция), сетей с малыми скоростями; промывка новых участков трубопроводов (опорожнение, промывка, дезинфекция); проверка пожарных гидрантов;
•водоотводящая сеть: технологические нужды эксплуатации трубопроводов сетей водоотведения (промывка трубопроводов, ликвидация засоров);
•емкостные сооружения: профилактическая чистка резервуаров питьевой воды (опорожнение, промывка, дезинфекция); естественная убыль воды;
2. расходы воды при проведении работ, связанных с устранением аварий и повреждений на водопроводной сети (опорожнение, промывка трубопроводов, дезинфекция);
3. расходы на противопожарные нужды;
4. расходы воды на нужды городского хозяйства – полив зеленых насаждений, улиц.
Потери воды включают: расходы воды при авариях и повреждениях на водопроводной сети до их локализации; расходы воды при утечке через водоразборные колонки; скрытые утечки воды из водопроводной сети и емкостных сооружений; расходы воды, не регистрируемые водоснабжающим предприятием, не оплаченные потребителями при самовольном пользовании системами коммунального водоснабжения (несанкционированное водопользование). Нерегистрируемые расходы воды включают: расходы, не учтенные вследствие погрешности средств измерений подачи воды в город; расходы, не учтенные вследствие погрешности водосчетчиков абонентов. Нормативы неучтенных расходов воды – показатели, отражающие технически реальную (обоснованную) структуру и размеры неучтенных расходов воды для конкретной организации ВКХ. Данные показатели должны включаться в состав затрат при калькулировании себестоимости и формировании тарифов на услуги по водоснабжению, а также при разработке мероприятий по экономии и рациональному использованию воды, расчете лимитов забора воды из водных источников, корректировке норматива водопотребления для абонентов [2]. В структуру подлежащих калькулированию нормируемых неучтенных расходов воды надлежит включать только те, которые являются технически неизбежными и технологически необходимыми, без чего нормальная эксплуатация систем коммунального водоснабжения и выполнение договоров по оказанию услуг абонентам невозможны. К ним относятся: расходы воды на технологические нужды станций водоподготовки (промывка, приготовление растворов реагентов, профилактическая очистка резервуаров и сооружений, нужды лабораторий и др.), профилактическое обслуживание водопроводной сети (опорожнение, промывка, дезинфекция), промывка и прочистка канализационной сети, проверка пожарных гидрантов. Эти расходы могут нормироваться для конкретного предприятия ВКХ города в соответствии с особенностями устройства и эксплуатации системы водоснабжения и действующими нормативными документами. Данные затраты включаются в «Регламент технической эксплуатации системы коммунального водоснабжения города», выполнение которого контролируется органами Роспотребнадзора и местными органами власти.
Потери воды в системах коммунального водоснабжения
Потери воды есть во всех системах коммунального водоснабжения, варьируется только их объем. В разных городах мира величины потерь воды в системах водоснабжения существенно различаются в зависимости от уровня оснащенности этих систем приборами учета расходования воды, а также от материала трубопроводов и срока их эксплуатации, наличия современной аппаратуры для диагностики состояния трубопроводов и др. [1, 3, 4, 5, 6] (табл. 1). Только в наиболее эффективно управляемых системах водоснабжения стран Европы и Северной Америки размер потерь воды составляет 4–6%, а среднее значение по развитым странам находится в пределах 15% [5, 6]. Уровень потерь воды в коммунальном водоснабжении России довольно высок. По имеющимся данным [1, 2, 8], только в жилищном фонде величина потерь воды составляет в среднем по стране 18–27% общего водопотребления, а в отдельных городах достигает 40%. Существует ряд временно действующих факторов, определяющих высокий уровень потерь воды в коммунальных системах водоснабжения большинства российских городов. В числе этих факторов: износ сети; использование стальных труб, не защищенных от коррозии; повышенные напоры; большая амплитуда их колебания в течение суток; гидравлические удары; недостаточный объем резервуаров; недостаток средств управления потоками; неудовлетворительная обеспеченность ресурсами на ремонтно-эксплуатационные нужды; отсутствие надежных приборов для своевременного обнаружения утечек воды. В последние годы за рубежом, по рекомендации Международной ассоциации по водоснабжению (IWA), для оценки потерь воды чаще используют в качестве оценочного показателя величину потерь воды, отнесенную к удельной протяженности сети [5]. Этот показатель, по мнению специалистов, более универсален, ибо позволяет в определенной степени устанавливать ориентировочные допустимые нормы утечек в зависимости от состояния сети, значений других влияющих факторов при надлежаще налаженной эксплуатации сети. Для сравнения на рис. 1 приведены величины утечки воды в трубопроводах различных систем водоснабжения (м3/сутки на 1 км) [7]. Низкие значения потерь воды в Германии (менее 8%, по некоторым коммунальным предприятиям – около 3%) являются результатом выделения коммунальным предприятиям значительных финансовых средств, а также того факта, что немецкая система тарифов позволяет полностью возмещать расходы на структурное техническое обслуживание, без каких-либо существенных проблем со сбором платежей. Кроме того, в Германии 56% общей протяженности сети выполнено из чугунных труб, 26% – из пластмассовых, 10% – из асбестоцементных и только 6% – из стальных труб с внутренней облицовкой [6].
Неучтенные расходы
Разовое определение всех видов неучтенных расходов воды, включая утечки воды из сети, непосредственно на водопроводах невозможно, учитывая непрерывный цикл производства и потребления воды. Кроме того, этот подход не позволяет получить достоверные данные об их дальнейшем уровне, так как при таком определении случайные, нехарактерные значения имеют большую вероятность. В этой связи размер неучтенных расходов и потерь воды подлежит оценке на основе сбора, систематизации, соответствующей обработки и анализа исходной эксплуатационной информации, а также путем применения расчетных методов, базирующихся на вероятностно-статистических подходах, в основу которых положены накопленные за определенный период наблюдений данные о фактических расходах воды. Основным источником информации по оценке неучтенных расходов и потерь воды должны служить сведения, предоставляемые эксплуатационными службами предприятия ВКХ. В научно-технической литературе отмечается, что ни реальные, ни фиктивные потери не могут быть устранены полностью. Для снижения потерь требуются существенные усилия и затраты. Часто в качестве успеха рассматривают не просто снижение потерь, а отсутствие их роста [4, 5, 6]. Для большинства эффективно действующих российских организаций ВКХ, особенно частных, неприемлемым считается уровень потерь выше 15%, однако в наших условиях добиться такого показателя довольно трудно. Потери воды являются основой для составления водного баланса, который служит для оценки эффективности управления водоснабжением. Он определяется путем оценки или учета произведенной, потребленной и потерянной воды – вычисления должны привести к балансу. Для оценки потерь воды и расчета водного баланса ОАО «МосводоканалНИИПроект» разработаны соответствующая методика и программа для ЭВМ «Водный баланс», алгоритм которой основан на «Методике оценки неучтенных расходов и потерь воды Московского водопровода» и рекомендациях Международной водной ассоциации (IWA) [5, 6]. Главное меню программы приведено на рис. 2. Санкционированное потребление воды делится на оплаченное и неоплаченное. Оплаченное санкционированное потребление, или реализация воды (общее водопотребление, измеренное по показаниям приборов учета) составляет объем «доходной» воды.
Стратегия снижения потерь воды
Анализ имеющихся работ по проблеме снижения потерь воды и проведенные в ОАО «МосводоканалНИИпроект» исследования позволили разработать «Стратегию снижения потерь воды в системе коммунального водоснабжения» с разработкой перечня организационно-технических мероприятий. Данный документ представляет собой систему управляемых организационно-технических мероприятий по воздействию на основные элементы системы водоснабжения с целью доставки питьевой воды потребителю с минимальными потерями. Стратегия реализуется и управляется комбинацией из четырех первичных компонентов контроля и снижения реальных потерь воды (рис. 3), в их числе:
•управление давлением, оптимизация работы системы транспорта воды;
•скорость и качество ремонта, интенсификация аварийно-восстановительных и планово-профилактических работ;
•активный поиск и контроль за утечками;
•управление инфраструктурой – модернизация и реконструкция сети.
Реальные потери воды (иногда их называют физическими потерями) – это ежегодный объем воды, теряемой через все виды утечек (видимые и скрытые) из-за повреждений и аварий трубопроводов питьевой воды (до домового прибора учета воды абонента) и арматуры, а также утечек в резервуарах чистой воды. Реальные потери не могут быть устранены полностью.
В целом на число новых утечек, возникающих каждый год, влияет в первую очередь долгосрочное управление модернизацией и реконструкцией трубопроводов. Управление давлением может повлиять на интенсивность новых утечек, а также на расход воды по всем утечкам и повреждениям труб. Средняя продолжительность потерь воды ограничивается скоростью и качеством ремонта, а стратегия активного контроля за утечками обусловливает продолжительность существования потерь, о которых не поступало никаких сообщений, до момента их локализации. Минимальный технически достижимый годовой объем реальных потерь в хорошо обслуживаемой и хорошо управляемой системе представляет собой неизбежные годовые реальные потери, представленные малым прямоугольником на рис. 3. Разницу между неизбежными годовыми реальными потерями (малый прямоугольник) и текущими годовыми реальными потерями представляют потенциально устранимые реальные потери, к которым относятся:
•расходы воды при авариях на водопроводной сети до локализации повреждения;
•расход воды при утечке через водоразборные колонки;
•скрытые утечки.
Соотношение между текущими годовыми реальными потерями и неизбежными годовыми реальными потерями представляет собой показатель потерь инфраструктуры ILI, по обозначению, принятому в Международной водной ассоциации [4, 5]. Показатель потерь инфраструктуры (ILI) определяет, насколько эффективно в рамках существующей инфраструктуры при текущем рабочем давлении выполняются действия, представленные на рис. 3: скорость и качество ремонтов, активный контроль за утечками, управление инфраструктурой – модернизация и реконструкция сети. Международный опыт показывает, что значения ILI, близкие к 1,0, соответствуют почти безукоризненному техническому управлению реальными потерями воды при текущем рабочем давлении [3, 4, 6]. Для каждого из четырех действий существует некоторый экономический уровень инвестиций, который рассчитывается или оценивается и зависит от предельной суммы, выделяемой на реальные потери. Наряду со снижением реальных потерь воды сокращение коммерческих потерь является весьма эффективным первым шагом по направлению к стратегии управления потерями воды. Этот шаг не требует больших инвестиций и может привести к быстрой окупаемости. К коммерческим потерям относятся:
•расход воды на собственные нужды водоснабжающего предприятия;
•противопожарные нужды (тушение пожаров), не предъявленные к оплате;
•расход воды на нужды городского хозяйства, не предъявленные к оплате;
•неучтенные расходы воды вследствие погрешности средств измерений подачи воды в город;
•неучтенные расходы воды вследствие погрешности водосчетчиков абонентов;
•несанкционированное водопользование.
Для иллюстрации стратегии снижения коммерческих потерь воды на рис. 4 приведена схема четырех основных принципов регулирования коммерческих потерь воды. Использование всех четырех компонентов поможет снизить годовое количество коммерческих потерь воды до целесообразного уровня. Оценка потерь воды и их снижение в системах внутреннего водопровода у абонентов (жилой фонд, коммунально-бытовые и промышленные предприятия) не входят в задачи данной стратегии и должны реализовываться отдельными программами.
Программные мероприятия
В табл. 2 приведено содержание программных мероприятий стратегии снижения потерь воды в системе коммунального водоснабжения.
Эффективность стратегии
Реализация «Стратегии снижения потерь воды в системе коммунального водоснабжения» должна обеспечить повышение надежности и экологической безопасности системы водоснабжения, снизить потери воды, уменьшить ресурсопотребление, повысить энергетическую эффективность. Эффективность стратегии в целом должна оцениваться для определения ее потенциальной привлекательности для возможных инвесторов и поиска источников финансирования. Эффективность реализации стратегии включает в себя:
•общественную (социально-экономическую) эффективность проекта;
•коммерческую эффективность проекта.
Определенным показателем экономического эффекта от реализации стратегии является показатель ежегодного, по сравнению с текущим уровнем, снижения затрат на ликвидацию аварий за счет сокращения их количества на 1 км трубопровода. Другими положительными эффектами от реализации стратегии являются следующие факторы:
1. Повышение надежности водоснабжения. В результате повышенного износа, коррозионной активности окружающей среды участки водопроводной сети подвержены разрушению с изливом воды в грунт. Соответственно, на период проведения ремонтных работ прекращается или ограничивается подача воды потребителям. В части потребителей, оборудованных системами учета потребления воды, это является причиной уменьшения выручки от реализации, и, следовательно, приводит к недостатку финансирования условно-постоянных затрат водоснабжающего предприятия. В части потребителей, рассчитывающихся за воду по нормативам потребления этого ресурса, случаи нарушения водоснабжения также влекут снижение выручки от реализации. Это носит вероятностный характер – потребитель вправе требовать перерасчет платежей за недопоставленные объемы воды. Однако на фоне роста тарифов на услуги водоснабжения потребители все чаще пользуются данным правом.
2. Повышение качества подаваемой воды. В результате повреждений трубопроводов до момента их обнаружения и устранения в местах образования свищей в водопроводную сеть могут попасть неочищенные промышленные и бытовые стоки и иные загрязнения. Последние вызывают ухудшение качества водопроводной воды вплоть до состояния, делающего непригодным для использования потребителем. Подобные случаи могут быть причиной не только прямого ущерба для здоровья потребителей, но и финансовых требований о возмещении причиненного им ущерба.
3. Снижение объемов аварийных изливов воды. В результате аварий и повреждений трубопроводов до момента их обнаружения и устранения в местах образования свищей и неплотностей происходят изливы воды, являющиеся прямыми потерями водоснабжающего предприятия. Кроме того, в ходе проведения ремонтных работ происходит расход воды на промывку и дезинфекцию участка трубопровода, на котором производится ремонт.
4. Снижение затрат капитального характера за счет уменьшения объема ремонтно-восстановительных работ.
5. Снижение эксплуатационных затрат. Увеличение гидравлического сопротивления участков водопроводных труб в результате коррозии влечет за собой снижение рабочего давления в сети, включающей данный участок. Это приводит к перерасходу электроэнергии на транспортировку воды, повышению физического износа трубопровода, увеличению эксплуатационных затрат, возникающих вследствие отклонений рабочего давления от расчетной величины.
6. Повышение деловой репутации водоснабжающего предприятия. Этот фактор, помимо прочего, способен оказать влияние на этапе установления тарифов: потребители и регулирующий орган будут адекватно воспринимать увеличение тарифов на оплату услуг надлежащего качества. Это будет способствовать внедрению новых технологий и развитию системы коммунального водоснабжения в целом.
Выводы
Одним из основных показателей, которые позволяют объективно оценивать деятельность предприятия ВКХ, является величина потерь и неучтенных расходов воды. Утечки из водопроводной сети и сооружений отрицательно сказываются на надежности и прочности зданий, инженерных коммуникаций (прежде всего – водонесущих), ухудшают состояние окружающей среды, приводят к подтоплениям территорий то есть значительному материальному, социальному и экологическому ущербу. Существует ряд временно действующих факторов, определяющих высокий уровень потерь воды в водопроводной сети большинства городов России. Это износ сети, эксплуатация стальных и чугунных труб, не защищенных от коррозии, повышенные напоры, большая амплитуда их колебания в течение суток, гидравлические удары, отсутствие надежных приборов для своевременного обнаружения утечек воды. Для оценки потерь воды и определения «недоходной воды» разработана «Методика оценки неучтенных расходов и потерь воды Московского водопровода». Для вычисления водного баланса используется стандартный подход, принятый в Международной Водной Ассоциации. Для автоматизированного расчета водного баланса разработана программа для ЭВМ «Водный баланс», которая может быть применена для любого города РФ. «Стратегия снижения потерь воды в системе коммунального водоснабжения» представляет собой комплекс управляемых организационно-технических мероприятий по воздействию на основные элементы данной системы с целью доставки питьевой воды потребителю с минимальными потерями. Реализация этой стратегии обеспечит повышение надежности, экологической безопасности и энергетическую эффективность системы, а также позволит снизить потери воды и уменьшить ресурсопотребление.