Hydraulinen mallintaminen ja aluemittausjärjestelmä koevesijohtoverkostossa

Abstract

Vesihuoltolaitosten pyrkimys lähes reaaliaikaiseen vesienhallintaan luo tarpeita uusien laitteistojen ja menetelmien kehittämiseksi. Tämä opinnäytetyö liittyy Water-M-hankkeeseen, jonka kansallinen rahoitus on koordinoitu Tekesin kautta. Osana Savonian Water-M työpakettia tullaan hyödyntämään olemassa olevaa koevesijohtoverkostoa, jota kuitenkin on muutettava vastaamaan tutkimuksen tarpeita. Työssä tehtiin myös verkoston hydraulinen malli Epanet-ohjelmistolla sekä perehdyttiin kirjallisuustutkimuksena aluemittausjärjestelmän suunnitteluun ja rakentamiseen. Tavoitteena oli saada hydraulisen mallin tarkkuus niin hyväksi, että se kuvaa verkoston virtaustilaa luotettavasti.

Opinnäytetyön kirjallisuustutkimusosiossa perehdyttiin vesijohtoverkoston aluemittausjärjestelmään ja vesijohtoverkoston hydrauliseen mallintamiseen. Aluemittausjärjestelmän pääasiallinen tarkoitus on vesijohtoverkoston vuotovesiin liittyvän sijaintitiedon kasvattaminen ja vuotavien vesimäärien hallinta. Työn tutkimusosio alkoi koevesijohtoverkostoon tehtävien muutostöiden seuraamisella, jonka jälkeen koevesijohtoverkoston toimivuutta päästiin testaamaan. Mittausjärjestelmä vaati lukuisia toimenpiteitä käyttöönottovaiheessa, kuten sensorien toiminnan todentaminen, pumppauksen toiminnan määrittelyn ja muiden verkoston hydrauliikkaan vaikuttavien tekijöiden tunnistaminen. Hydraulisen mallintamisen osalta tehty työ keskittyi olemassa olevan mallin kehittämiseen muutostöitä vastaavaksi. Erityisesti paneuduttiin paikallishäviöiden ja pumppauksen mallintamiseen sekä mallin kalibrointiin ja validointiin pilot-verkostosta saatavan paine- ja virtaamamittaustiedon perusteella.

Työn tuloksena Savona-ammattikorkeakoululla on nyt toimiva aluemittausjärjestelmä koevesijohtoverkostossaan. Järjestelmän avulla Water-M -hanketta voidaan tulevaisuudessa viedä eteenpäin.

The development in real-time water control systems and waterworks creates a need to create new technologies. For that reason a project called Water-M was established the goals of which were the basis of this thesis. The goal of this thesis was to create an apparatus for the test water network at Savonia University of Applied Sciences which enables the use of a district metering area (DMA) in pilot scale. The work also included the making of a hydraulic model of the network with the Epanet program and a study on planning and constructing a district metering area. The aim was to get the hydraulic model to work so well that it resembles the state of the network reliably.

The first part of the thesis was to study literature about how a district metering area works inside a water network and what is the process of planning and constructing a DMA. The main purpose of a DMA is to prevent, control and locate leakages inside water networks. The study part of the thesis began by following and documenting the changes that were made in the water network. After the changes had been done, the testing of the functioning of the water network began. The initializing of the system demanded several operations such as testing the workabilty of the sensors, defining of the variables of the pump and identifying all of the other factors that have an impact on the hydraulics of the test water network. The work on hydraulic modelling focused on upgrading the already existing model to match the changes that had been made in the network. The work focused especially on modelling the local pressure losses and pumping station as well as the calibration and validation of the model based on the pressure and flow measurements from the pilot-water network.

As a result of this thesis Savonia University of Applied Sciences has now a working district metering area system in the test water network. With the results of the thesis the Water-M project can be developed further.