1. JOHDANTO Taustaa

Transkriptio

1 1 1. JOHDANTO 1.1. Taustaa Viimeisten kahden sadan vuoden aikana verkostojen suunnittelu- ja asennusmenetelmät ovat pysyneet lähes muuttumattomina. Näissä suunnitelmissa ei ole huomioitu verkoston saneerausta tai verkoston ja vesijärjestelmän mahdollista uusimista. Tämä puolestaan on tullut yhä monimutkaisemmaksi, koska suunnitelmissa ei ole otettu huomioon esimerkiksi pakkosujutuksen käyttöä (no-dig saneeraus). Samoin kustannukset ovat nousseet, ja joskus saneeraustyötä on vaikea toteuttaa onnistuneesti, esim. jos saneerauskohde on kaupungin keskustassa. Yleisiin vesilaitoksiin oli vuoden 1995 lopussa Suomessa liittynyt asukasta ja yleisiin viemärilaitoksiin Suomen asukkaista vesilaitoksiin on kaikkiaan liittynyt 86% ja viemärilaitoksiin 78%. Yleisiä vesijohtoja lasketaan olevan 15 metriä ja yleisiä viemäreitä 9 metriä liittynyttä asukasta kohden. Vesi- ja ympäristöhallituksen selvitysten mukaan vuonna 1993 Suomessa saneerattiin 134 km vesijohtoja ja 247 km viemäreitä. Vesijohtojen saneeraus maksoi 94 Mmk ja viemärien 145 Mmk. Vesijohtojen saneerauksen yksikköhinnaksi tuli n. 700 mk/m ja viemäreiden n. 590 mk/m. Vesijohtojen saneerauskustannusten osuus oli vesilaitosinvestoinneista 17 % ja viemäreiden vastaavasti 15 % viemärilaitosinvestoinneista. Johtolinjoja rakennettiin huomattavasti enemmän kuin niitä saneerattiin. Vuonna 1993 käytettiin uusien vesijohtojen rakentamiseen 308 Mmk ja uusien viemärien rakentamiseen 370 Mmk. (Suomen ympäristökeskus 1997). Vuosien 1992 ja 1993 aikana vesijohtoja saneerattiin saman verran kuin aiempina vuosina. Vastaavana aikana viemärien saneeraus lisääntyi, koska viemärien uudisrakentamisen vähetessä määrärahoja voitiin siirtää saneeraukseen. (Heinonen 1995). Verkostojen kokonaispituuksien ja saneerauspituuksien perusteella laskettu verkostojen teoreettinen uusiutumisikä on vesijohtojen osalta ollut viime vuosina vuotta. Viemärien uusiutumisikä on samaan aikaan pienentynyt n. 300 vuodesta n. 150 vuoteen. Näin kauan johtolinjat eivät tietenkään kestä, vaan ne joudutaan

2 2 tässä ajassa uusimaan jo monta kertaa. Luvut ovat teoreettisia eivätkä anna oikeaa kuvaa verkostojen ikääntymisestä, mutta kuvastavat hyvin saneeraustarpeen kasvua. (Suomen kaupunkiliitto 1991). Tehtävien verkostosaneerauspäätösten tulisi perustua tutkittuun tietoon, jotta niukat rahavarat voidaan jakaa oikeisiin kohteisiin. Saneeraamalla verkoston käyttöikä pitenee, vesihävikki vähenee, veden toimitus tilaajille on varmempaa jne. Jos saneeraus otetaan suunnitelmiin mukaan järjestelmällisesti jo hyvissä ajoin, voidaan kustannuksia jakaa usealle eri vuodelle. Saneeraus on lähes aina taloudellisempi vaihtoehto kuin putkiston uusiminen avokaivannolla. Uusimiskustannuksia lisää myös ympäristön vahingoittuminen sekä haitat liikenteelle yms. Saneerauksen lopputulos voi kuitenkin olla yhtä kestävä kuin kokonaan uusimisen avulla saatu, kun saneeraus on suoritettu harkiten ja oikeisiin tietoihin perustuen. Aikaisemmin ei ole ollut riittäviä keinoja määritellä verkostojen kunnostamista tarvitsevia osia ja kunnostamisen kiireellisyyttä. Usein on vain tyydytty korjaamaan jo syntyneitä vaurioita verkostoissa, tai kunnostustöitä on tehty alueen uudisrakennustöiden yhteydessä. Yksittäisten johtojen kestävyyttä esim. korroosiota vastaan on pyritty arvioimaan (Saarikoski & Tammirinne 1983) ja erilaisia luotettavuus- ja riskianalyysejä on kehitetty (esim. Saarikoski 1982, Mays 1989). Verkostojen pisteytystä ja tärkeysluokittelua (Ojala 1992) on käytetty lähinnä niiden mahdollisten vaurioiden merkittävyyden arviointiin. Myös erilaisia kustannusanalyysejä on kehitetty johtolinjan uusimisajankohdan optimoimiseksi (Shamir & Howard 1979, Walski 1985a, Gilbert 1994). Koska vikojen todennäköisyys kasvaa verkostojen ikääntyessä, on AWWA (1986) laatinut aiheesta erityisen vianetsintäkäsikirjan. Cabrera on kehittänyt (Cabrera et al. 1995) vesijohtoverkoston saneerauksen ajankohdan määrittetytavan, joka perustuu veden kustannusanalyysiin. Cabreran määrittelytavan ongelma on, että analyysiin tarvitaan useita vaikeasti kerättäviä muuttujia. Suomessa Viatek ( ) on kehittänyt tietokoneohjelman, jonka avulla voidaan arvioida verkoston kuntoindeksi (Ojala Matti 1990).

3 3 Vuotoja on yleensä etsitty eri menetelmin vasta niiden jo ilmettyä, eikä ennakoivaa verkoston kunnon arviointia ole ollut mahdollista systemaattisesti tehdä. Tässä tutkimuksessa on pyritty ratkaisemaan tämä ongelma Tutkimuksen tavoitteet Tutkimuksen päätavoitteena on ollut kehittää malli, jonka avulla on mahdollista arvioida vesijohtoverkoston kunto matemaattisesti sekä kvantitatiivisen että kvalitatiivisen aineiston perusteella. Toinen tavoite on ollut kehittää keino, jonka avulla voidaan valita sopiva saneerausmenetelmä ja myöhemmin helpottaa vesijohtoverkkojen valvontaa. Verkoston kuntomalli perustuu erityisen kuntoindeksin laskemiseen. Tutkimuksen osatavoitteena on ollut selvittää verkoston vaurioiden syitä ja niiden kytkemistä malliin. Tavoitteena on ollut myös helppokäyttöisen PCohjelmiston kehittäminen mallista vesilaitosten käytännön tarpeisiin. Ohjelmiston voi myöhemmin kehittää toimimaan koko verkoston valvontajärjestelmässä Tutkimuksen rajaus ja rakenne Tutkimus on rajattu käsittelemään vesijohtoverkostoa. Tutkimuksesta on jätetty pois verkoston vaurioitumiseen vain vähän vaikuttavat tekijät. Esimerkiksi veden laatua sellaisenaan ei ole otettu huomioon kuntoindeksissä. Välillisesti se kuitenkin vaikuttaa esim. korroosiossa. Malli on sovellettavissa hyvin erilaisiin olosuhteisiin. Esimerkit koskevat kuitenkin nimenomaan Suomea. Työssä tarkastellaan aluksi verkostojen saneeraustarvetta ja saneerausmenetelmiä (luku 2). Luvussa 3 on kirjallisuuden pohjalta selvitetty ennestään käytössä olevia saneeraustarpeen arviointimenetelmiä. Luvussa 4 on esitetty tutkimuksessa kehitetty vesikustannusanalyysin sovellutus Suomen oloihin. Keskeiset osat ovat kuntoindeksin ja siihen vaikuttavien tekijöiden mallitarkastelu (luku 5) ja mallin PCsovellus (luku 6). Lopuksi esitetään tutkimuksen perusteella tehdyt johtopäätökset ja suositukset.

4 4 2. VERKOSTOJEN TOIMIVUUTEEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT 2.1. Vesihuollon toimintatavoitteet Vesihuoltoverkot ovat usein vanhoja eivätkä täytä kaikilta osin nykyisiä rakenteellisia ja toiminnallisia vaatimuksia. Ajoittain hyviä putkimateriaaleja on ollut vaikea saada. Lisäksi ja 1970-lukujen voimakkaan verkostorakentamisen aikana rakennettujen johtolinjojen laadussa on eroja, koska usein määrä korvasi laadun. (Saarikoski & Tammirinne 1983). Vesihuollon toimintatavoitteet lisääntyvät nopeaan tahtiin ja nämä tavoitteet vaikuttavat myös vesihuollon työntekijöiden työhön. Vesilaitosten palveluiden käyttäjät asettavat tiukkoja vaatimuksia veden laadun (maku, väri ja haju) suhteen. Lainsäädäntö ja EU-standardit määräävät tarkoin kelvollisen talousveden vaatimukset. Sekä kuluttajat että lainlaatijat ovat yhä enemmän kiinnostuneita myös siitä, ettei vesihuolto rasita luontoa. Julkisten vesilaitosten on pystyttävä nykyisin myös valmistautumaan mahdolliseen kilpailuun yksityisen sektorin kanssa. Tämä vaatii yhä suurempaa tehokkuutta, käyttökustannusten pienentämistä, tietoa uudesta teknologiasta sekä valmiutta sen käyttöön. Maanalaisen infrastruktuurin rakentamiseen ei ole 1960-luvun jälkeen kovin paljon investoitu. Useimmiten investoinnit on tehty vain pakon edessä kriisitilanteessa. Tämä ei ole enää mahdollista, jos halutaan jatkaa toimintaa uusien vaatimusten mukaisesti. Veden laatuvaatimusten lisäksi laitosten on kiinnitettävä huomiota hydrauliikkaan, veden virtaukseen ja paineeseen. Laitoksen ja sen palvelujen käyttäjien on saatava varmuus siitä, että veden määrä pysyy sille asetetuissa rajoissa. Vedenhankintajärjestelmä suunnitellaan siten, että kulutuksen huippukausinakin vettä voidaan toimittaa asiakkaille riittävällä paineella. (Slipper 1994). Kun veden kysyntä kasvaa, erityisesti kehitysmaissa, uusien putkistoverkkojen rakentaminen tulee tärkeäksi. Kehittyneissä maissa sen sijaan kiinnitetään huomiota jo olemassa olevien putkistojen infrastruktuuriin. Huomiota on kiinnitettävä erityisesti

5 5 korjaukseen ja kunnostukseen, putkien uusimiseen sekä kunnon ja toiminnan arvioimiseen. Vesijohtoverkoston ylläpidon päätavoite on sen virheetön toiminta. Järjestelmien ylläpitämiseen ja toiminnan parantamiseen ei ole Suomessa investoitu riittävästi, koska maanalaiset verkostot eivät ole samalla tavoin yleisön nähtävänä ja kunto arvioitavana kuten esim. tieverkostot. Jotta toiminta voitaisiin rahoittaa, oli se sitten yksityistä tai julkista, on vesilaitosten hallinnon selvitettävä ainakin seuraavia seikkoja: Luettelo järjestelmistä Kunto ja toimintateho Pitkän tähtäimen investointisuunnitelma (esim. 20 vuotta) Lyhyen aikavälin pääomaohjelma Toimenpiteet Standardit ja menettelytavat Näiden käsitteiden avulla tutkitaan perustoimintaperiaatteet, määritetään tulevaisuuden tavoitteet ja löydetään pitkän ja lyhyen aikavälin investointitarpeet Tekninen kehitys Jotta verkoston toimivuutta voitaisiin ylläpitää ja parantaa, vesihuoltolaitosten henkilökunnan pitäisi tuntea uusimmat tekniikat, menetelmät ja mahdollisesti myös eri tekniikoihin vaadittavien investointien suuruus. Toimivuuden lisäämiseen saadut varat on käytettävä järkevästi ja niiden avulla on parannettava järjestemää mahdollisimman tehokkaasti. Veden jakeluverkoston toimivuuden kannalta saneeraus rajataan usein liian suppeaan ongelmaan, esim. saneerataan verkostosta vain ne kohdat, joissa on jo havaittu vuotoja. Tämän sijaan tulisi toimivuutta lisätä ennakoimalla saneeraustarpeet ja kehittämällä laitosten tekniikkaa niin, että esim. vuotoja syntyisi mahdollisimman

6 6 vähän. Saneerauspäätökset tulee tehdä toimintatavoitteiden mukaisesti koskien mm. palvelua (vedenpaine, määrä ja laatu sekä toiminnan luotettavuus) ja kustannuksia. Jakeluverkoston toimivuutta heikentäviä kohtia on useita. Vaurioitumisen syyt ja vaurioiden laajuus jakelujärjestelmässä vaihtelevat suuresti sijainnin mukaan. Verkoston materiaali ja rakenne vaikuttavat verkoston toimivuuteen ja kestävyyteen. Esimerkiksi isot ( mm) valurautaiset johtolinjat rikkoutuvat helposti, koska putkien liitokset ovat usein heikkoja (Nikulainen 1993). Sellaiset valurautaiset päävesijohdot, joissa ei ole sementtivuorausta, kärsivät myös helposti korroosiosta. Ductile-rautaputket pitäisi suojata huolellisesti sekä ulko- että sisäpuolelta korroosiota vastaan. Ongelmallisia asbestisementtiputkia ei enää tehdä eikä asenneta Suomessa, ja olemassa olevatkin putket tulisi uusia mahdollisimman pikaisesti. Asbestiputket saattavat tietyissä oloissa aiheuttaa terveydellistä haittaa Verkostojen hydraulinen toimivuus Ylläpitotarvetta selvitettäessä on ensin tutkittava verkostojen toimivuus. Toimivuuden selvittämiseksi verkoston eri osille asetetaan tavoitteet, jotka toimivan verkoston tulee täyttää. Vesijohtoverkon toimivuuden kriteereitä aiemmin esitetyn mukaisesti ovat esimerkiksi veden riittävyys ja laatutekijät. Vesijohtoverkoston hydraulista toimivuutta voidaan arvioida laskentaohjelmien ja karkeuskertoimen avulla. Veden johtamiseen käytettävien putkien ja laitteiden karkeuskertoimen tulee olla pieni hyvän vedenjohtokyvyn ja putkiston itsepuhdistuskyvyn turvaamiseksi. Vesijohtoverkoston toimivuus määritetään selvittämällä laskennallisesti verkoston eri osien paineet ja vedenjohtokyky kuormitustilanteessa (Salo & Saarikoski 1988). Yleisesti käytetään ohjelmia, jotka ratkaisevat verkoston staattisen tilan johtojen virtaamat ja solmupisteiden paineet, käyttäen lähtötietona annettua kulutusta (Saarikoski & Tammirinne 1983). Tarkastelu tehdään yleensä huippukulutustilanteen perusteella. Kulutuksen huippuarvona voidaan käyttää arvoa 1,6-2,5 kertaa vuorokauden keskikulutus

7 7 verkoston tyypin mukaan. (Salo & Saarikoski 1988). Laskennassa saatuja painetasoja verrataan vaadittavaan painetasoon ja vertailun tulosten perusteella voidaan tehdä alustavia päätelmiä jatkoselvitysten tarpeesta. Myös sammutusvesisuunnitelma on otettava huomioon päätöksiä tehtäessä. Malleilla saatuja tuloksia verrataan mittauksissa saatuihin tuloksiin ja erojen perusteella voidaan tehdä arvioita johto-osuuksien kunnosta ja mahdollisista vaurioista. Kun perustiedot on kerätty vesilaitosjärjestelmästä, voidaan arvioida mm. huonontumisen taloudellisia vaikutuksia. Vuonna 1986 USA:ssa AWWA rahoitti vesihuoltojärjestelmien kunnon tutkimusta. Tutkimustuloksien perusteella kehitettiin ohjekirja, jossa tuotiin esille vesijohtojen huonontumiseen ja epäkuntoon vaikuttavat tekijät. Eräs tutkimuksessa esiin tullut mielenkiintoinen seikka on putkivian todennäköisyyden vertaaminen putkien ikään. Tutkimuksessa tuli esiin suuri vikamäärä suhteessa putken sijaintiin ja läheisyydessä tehtyihin rakennustöihin (AWWA 1986). Vesijärjestelmän huononeminen tai heikkeneminen voi tulla esiin usealla tavalla: Korroosio heikentää putkiston toiminnallista kuntoa, jolloin putkiston rikkoutumisen todennäköisyys kasvaa. Veden laadussa tapahtuu muutoksia. Maan liikkuminen muuttaa verkoston alkuperäistä asentoa, mikä heikentää verkoston johtokykyä tai rikkoo ne tietyltä osin. Kehitys- ja/tai rakennustoiminta vedenkulutusta. Esim. teollisuusalue kuolee, eikä entisenkaltaista verkostoa enää tarvita tällä alueella, tai uusi alue rakennetaan eikä, vanha verkosto pysty tyydyttävästi palvelemaan aluetta. Erilaiset muutokset erikseen tai yhdessä lyhentävät laitosten pitoaikaa. Toisaalta muut julkistoiminnan vaatimukset, esim. veden laatuvaatimukset, uudet luotettavuusvaatimukset sekä ylimääräiset paloturvallisuusvaatimukset voivat edellyttää investointeja, joiden kautta järjestelmän muukin toimintakyky paranee.

8 8 Nämä jossain määrin ristiriitaiset vaatimukset voidaan sulauttaa toisiinsa niin, että putkiston uudistustarve täytettäisiin samalla kun muut selvät parannustarpeet tyydytettäisiin ( Gilbert 1994) Verkoston korroosiokestävyys Kirjanpidossa vesijohtojen ja viemärien poistoaika on kunnissa yleisesti 30 vuotta. Teknisesti verkosto on pitkäikäisempi. Esimerkiksi Helsingissä on yhä käytössä joitakin yli sata vuotta vanhoja vesijohtoja ja viemäreitä. Tampereen vesijohtoverkoston keskimääräinen ikä noin 50 vuotta. Esimerkiksi Tampellan teollisuusalueen edessä on vesijohtoja, jotka ovat vanhempia kuin 50 vuotta ja toimivat edelleen moitteettomasti. Verkostojen mitoituksessa käytetään yleensä lähtökohtana 50 vuoden kestoikää. Nykyisten verkostojen todellista jäljellä olevaa kestoikää on kuitenkin vaikea ennustaa, koska tutkimustietoa verkostojen todellisesta kunnosta ja kestävyydestä on vähän. (Heinonen 1995). Esimerkiksi metallisten vesijohtojen sisäpuolista syöpymistä voidaan estää nostamalla vesijohtoveden alkaliteettia. Tästä on saatu hyviä kokemuksia mm. Helsingistä. (Salo & Saarikoski 1988). Verkoston kestoikä korroosion suhteen voidaan määrittää matemaattisesti korroosion tunnuslukujen avulla. Määritys perustuu mitattaviin arvoihin. Korroosionopeus joudutaan kuitenkin olettamaan. Putken kestoikä lasketaan kolmen tekijän avulla. Tekijät ovat seuraavat: Putken seinämän paksuus Syöpyneisyys Korroosionopeus Laskennan lähtökohdaksi voidaan ottaa 50%:n keskimääräinen syöpyneisyysaste siten, että jos putken seinästä on syöpynyt puolet, on putken jäljellä oleva keski-ikä 0 vuotta. (Saarikoski & Tammirinne 1983). Putken jäljellä oleva kestöikä määritetään kaavalla:

9 9 R = 05, H C K (1) missä H C K R = putken seinämän paksuus (mm) = putken syöpyneisyys (mm) = putken korroosionopeus (mm/a) = putken kestoikä (a) Putken kestoiän raja-arvoksi voidaan määrittää myös syöpyneisyysasteet 60%, 70 % tai vaikka 100%. Tällöin kaavan kerroin 0,5 muutetaan vastaamaan ko. prosenttilukua. Tässä valittua syöpyneisyysastetta (Saarikoski & Tammirinne 1983), 50%, voidaan perustella sillä, että käytettävissä olevat putkinäytteet ovat usein vain hyvin pieni osa siitä verkoston osuudesta, jossa tätä putkilaatua on. Tällöin on todennäköistä, että jossain muussa osassa syöpyneisyys on edennyt pidemmälle, jolloin johtolinjassa esiintyy vuotoja Verkoston saneerauskriteerit Verkoston tai putkien saneerauskriteerien tulee perustua laitoksen toiminnalle asetettujen tavoitteiden saavuttamiseen. Näistä lähtökohdista voidaan eritellä seuraavat kriteerit (Slipper 1994): Kriteerit määriteltyjen standardien säilyttämiseen: Veden paine ja veden tarve: Minimijakelupaine on säilytettävä järjestelmässä talon tai mittarin kohdalla. Tämä koskee myös lyhytaikaisia kulutushuippuja. Veden laatu: Verkoston huono kunto (korroosio, kerrostumat ym.) ja verkoston huono sijoitus (huono virtaus, haarautuminen ym.) voivat aiheuttaa suuria muutoksia veden laatuun. Veden hävikki: Keskiarvo maksimihävikille voisi esimerkiksi olla 0,2 kuutiometriä/km/h. (Ks. esim. IWSA) Kriteerit laitoksen tavoitteiden ja käyttäjien odotusten perusteella:

10 10 Vikatiheys: Vikojen suuri tiheys heikentää operationaalista luotettavuutta vaikuttaen samalla jakelujärjestelmän taloudellisiin tekijöihin. Yksistään jo taloudellisten tekijöiden vuoksi on tärkeätä laitoksen sisällä harkita milloin on aihetta putkiosan kokonaan uusimiseen. Vikatilastot voivat toimia arvioinnin perusaineistona. Vikojen syy: Vikojen syyt, kuten rikkoutumiset, korroosio, maan liikkuminen jne. samoin kuin vian toistumistiheys määrittävät saneeraustavan. Heikot kohdat: Heikot kohdat ovat kohtia, joissa ennustetaan vian ilmenevän. Heikkojen kohtien ennakoiva eliminoiminen vähentää vian todennäköisyyttä ja pienentää esiintymistiheyttä. Jakelujärjestelmän huollon kustannukset: Verkoston huono kunto johtaa korkeisiin huolto- ja korjauskustannuksiin. Ohjearvot sopivia huoltokustannuksia varten saadaan vertailemalla eri laitosten kuluja. Ulkopuoliset vaikutukset: Vesijohtoja voidaan vaihtaa taloudellisesti yhtäaikaa muiden kaivutöiden (esim. tien tai kadun) kanssa. Asiakaspalaute ja -kuva jakelusta: Asiakaspalautteen arviointi verkoston lajin, tiheyden, sijainnin ja tyypin mukaan antaa tietoja verkoston heikoista kohdista. Asiakaspalautteet ovat asiakkaiden odotusten ilmaisuja ja tärkeä kriteeri arvioitaessa järjestelmän kuntoa tai tarvetta saneeraukseen. Verkoston saneerauksen voi aiheuttaa yksi tai useampi mainituista tekijöistä. Kuitenkin useimmiten on olemassa useita erilaisia heikkoja kohtia verkoston vanhemmissa osissa, jotka tulisi eliminoida osana kunnostustyötä. Kuvassa (3) on esitetty tarkemmin teknisten kriteerien ryhmittely.

11 11 Tekniset saneerauskriteerit Vesihävikki Puutteellinen paine Liiallinen sameus Putken vioittuminen Muut vauriot Maksimi veden tarve-tilanne Yksittäinen tapahtuma yrityksissä Asiakasliitännät Huuhtelu Tyhjentäminen Yksittäinen vaurio Toistuva vaurio Tarpeeksi suuri halkaisija Putkikoko riittämätön Tapauksesta riippuen putki voidaan vaihtaa Tapauksesta riippuen korjaus tai uusiminen Paikallinen korjaus Uusiminen Putken korjaus puhdistamalla Putken uusiminen suuremmaksi Kuva 1.Vesijohtojen tekniset saneerauskriteerit (IWSA 1994, s.118)

12 12 Lisäksi on selvitettävä vian syy. Useissa tapauksissa esimerkiksi korrodoiva vesi, jota ei ole riittävästi käsitelty, voi johtaa putkivikaan. Tällaisessa tapauksessa ensisijainen syy täytyy eliminoida ennen kuin putken saneeraus kannattaa aloittaa Jakeluverkoston saneerauksen suunnittelu ja prioriteettien asettaminen Suuri osa kuljetus- ja jakelujärjestelmistä, putkista, liitoksista jne. on Suomessa hyvinkin yli viisikymmentä vuotta vanhaa, osa jopa sata vuotta. Kuitenkaan näiden jakelujärjestelmien kestoikä ei ole rajoittamaton. Verkostoja joudutaan saneeraamaan, jos halutaan taata turvallinen, luotettava ja taloudellisesti kannattava järjestelmä. Liikkumavara saneeraustoimenpiteistä päätettäessä on kuitenkin suuri. Saneerausta suunniteltaessa esitettäviä kysymyksiä ovat mm. seuraavat: Minkälaisia kriteerejä ja standardeja tarvitaan lain vaatimien lisäksi saneerausohjelmaan? Miten verkoston kunto arvioidaan suhteessa asetettuihin kriiteereihin ja standardeihin? Millainen strategia laitoksella tulisi olla, ennaltaehkäisevä vai jo tulleita vikoja korjaava? Mitä pitkän tähtäimen saneeraussuunnitelmia vaaditaan? Mitä lyhyen tähtäimen prioriteetteja on olemassa? Mitä menetelmiä käytetään saneeraamiseen, uudistamiseen tai osien uusimiseen? Miten suoritetaan tekninen ja taloudellinen arviointi? Mitä taloudellisia voimavaroja on käytettävissä järjestelmälliseen ja pitkäaikaiseen saneerausohjelmaan? Mitä taloudellisia tavoitteita tulisi saavuttaa? Näihin kysymyksiin saatavien vastausten avulla vesilaitos voi kehittää paikallisiin olosuhteisiin hyvin sopivan saneerausstrategian. Jakelujärjestelmät ovat pitkän tähtäimen taloudellisia sijoituksia, saneerausstrategian tulee olla sen mukainen.

13 13 3. SANEERAUSMENETELMÄT JA VUOTOJEN HALLINTA 3.1. Yleistä Vesijohtoverkoston elinkaari voidaan nähdä kolmivaiheisena: suunnittelu, uudisrakentaminen ja ylläpito (VVY 1995). Tässä tutkimuksessa keskitytään saneeraukseen, joka on osa ylläpitoa. Ylläpidon terminologia esitetty kaaviona kuvassa (2). KÄYTTÖ PERUSKORJAUS, -PARANNUS pitkäsujutus pätkäsujutus pakkosujutus sukkasujutus puristussujutus muotoputkisujutus sementtilaastivuoraus Vuoraus sisäpuolisella muotilla epoksipinnoitus elementtivuoraus spiraalinauhasujutus letkusujutus nesteinjektointi kohdeinjektointi tunnelointimenetelmä yksittäisten vaurioiden korjaus korjausrobotin käyttö kaivojen saneeraus sekaviemäröinnin muuttaminen erillisviemäröinniksi paineolojen säätö virtaamien tasaus YLLÄPITO SANEERAUS UUSIMINEN KAIVAMATTA KUNNOSSAPITO yksittäisten vaurioiden korjaus huoltotyö puhdistus UUSIMINEN UUSIMINEN KAIVAMALLA Kuva 2. Kunnossapidon toimintakaavio (VVY 1995). Ylläpito tarkoittaa käyttöä, kunnossapitoa ja saneerausta, mihin kuhunkin sisältyy aina myös suunnittelua. Mikäli käyttö- ja kunnossapitotoimenpiteet eivät riitä säilyttämään verkostoa toimintakuntoisena, joudutaan turvautumaan saneeraukseen. Saneeraus voi johtua myös kokonaan ulkoisista tekijöistä, jolloin rakenteen senhetkisellä kunnolla ei ole ratkaisevaa merkitystä. (VVY 1995). Saneeraus voi käsittää järjestelmän ja/tai sen teknisen osan toimivuuden ja kunnon parantamisen. Rakenteellinen saneeraus jaetaan peruskorjaukseen, perusparannukseen ja uusimiseen.

14 14 Peruskorjauksella tarkoitetaan toimenpiteitä, joissa vanhaa rakennetta korjataan siten, että vanha rakenne toimii osana uutta kokonaisuutta. Perusparannuksella tarkoitetaan kunnossapitoa laajempia toimenpiteitä, joilla parannetaan rakenteen toimivuutta tai pidennetään sen kestoikää. Uusimisella puolestaan tarkoitetaan toimenpiteitä, joilla vanha rakenne korvataan uudella rakenteella joko entisten tai uusien suunnitelmien mukaan. Uusiminen voidaan tehdä joko kaivamatta tai kaivamalla. Yleiset ylläpidon ja saneerauksen tavoitteet voidaan ryhmitellä seuraavasti ( VVY 1995): toiminnalliset tavoitteet (hydrauliset ominaisuudet, kunnossapito, toimintavarmuus ja tonttiliittymät sekä uudet liittymät) tekniset/rakenteelliset tavoitteet (paineluokka, tiiviys, karkeuskerroin, lujuudet ja työtekniikat) laadulliset tavoitteet (korroosion kesto, käyttöikä, kulutuskestävyys ja kemiallinen kestävyys) terveydelliset tavoitteet (veden laadun säilyminen, ympäristöriskit ja työturvallisuus) taloudelliset tavoitteet (kustannukset, työn kesto, ulkopuolisille aiheutuvat haitat ja toimintakeskeytykset) muut tavoitteet (suunnittelussa tarvittavien mitoitusominaisuuksien ja tietojen riittävä dokumentointi, tuote- ja työselosteiden olemassaolo, riittävät kokemukset ko. menetelmästä ja saneeraustöiden suorittajan osaava henkilöstö sekä asianmukaiset laitteet ja välineet). Nykyaikaiset saneerausmenetelmät ovat ratkaisevasti vaikuttaneet kulujen pienenemiseen ja saneeraustyön helpottumiseen. Samoin vesijohtojen luotettavuus on parantunut huomattavasti. Nykyisin korjattu putki voi olla jopa uusitun veroinen pienemmin kustannuksin.

15 Saneerausmenetelmät Yleistä Tekniikan kehitys on mahdollistanut vesiverkoston saneerauksen. Nykyisin tärkeimmät ei-rakenteelliset vuoraukset ovat sementtilaasti- ja epoxymuovivuoraukset. Vuorausmenetelmiä kehitetään edelleen ottamalla käyttöön uusia materiaaleja ja työvälineitä vesihuoltolaitoksissa. Vielä enemmän tuloksia on saatu rakenteellisen saneerauksen parissa. Tämä on ollut mahdollista käyttämällä saneerauksessa polyetyleeniputkia ja epoxy- ja polyesteri sekä kudosvuorauksia. Tärkein huomioon otettava asia uutta kehitettäessä on kuitenkin veden laadun säilyttäminen. Tämä on erityisen tärkeää, kun ei-rakenteellista vuorausta asennetaan paikan päällä. Saneerauksen kohdentaminen, toimenpiteet ja menetelmät on esitetty kuvassa 3.

16 16 Vesijohtojen saneeraustoimenpiteitä ja - menetelmiä ovat Saneeraustoimenpiteet pääryhmittäin johtojen kapasiteetin lisääminen johtojen lujuuden parantaminen johtojen rappeutumisen estäminen Toimenpiteet johto-osan suurentaminen hydraulisen karkeuskertoimen pienentäminen nykyisen rakenteen vahvistaminen uutta vastaavan rakenteen asennus ulkopuolisen korroosion estäminen sisäpuolisen korroosion estäminen rasituksen pienentäminen Menetelmät Johtojen uudelleen rakentaminen pakkosujutus puhdistus pinnoitus sujutus sähköiset suojausmenetelmät vedenlaadun säätö paineiden pienentäminen vaihteluiden tasaaminen paikalliset korjaukset verkon toiminnan parantaminen vuotojen vähentäminen Verkon hydraulisen toiminnan tehostaminen varastotilavuuden lisääminen kiertoyhteyden, rinnakkaisjohdon rakentaminen paineen korottaminen vesisäilöiden rakentaminen valvonnan ja ohjauksen kehittäminen automatisointi Kuva 3. Vesijohtojen saneeraustoimenpiteet ja -menetelmät (VVY 1995). Putkimateriaalien toimivuudesta eri olosuhteissa on saatu runsaasti tietoa viime vuosien aikana. Kullakin materiaalilla on kuitenkin rajoituksensa, mikä pitää ottaa huomioon, jos ja kun jotain verkoston osaa kunnostetaan uusimalla (Slipper 1994). Nykyään käytetään materiaaleina pääasiassa sementtiä (asbestisementti, esijännitetty betoni), metallia (teräs, rauta, kupari) ja muovia (polyetyleeni, upvc, lasikuitumuovi).

17 17 Nykyinen putkien asennuskäytäntö on säilynyt muuttumattomana jo pitkään lukuunottamatta kapean kaivannon yleistymistä. Perinteiset kaivannot edellyttävät tien purkamista ja näin häiritsevät paikallista yhteisöä, aiheuttaen liiketappioita ja ympäristöhäiriöitä. Liike- ym. toiminnan häiriintymisestä aiheutuneet kustannukset voivat nousta jopa korkeammiksi, kuin suorat rakennuskustannukset, eivätkä kuulu vesilaitoksen alaisuuteen. Saneeraus ilman kaivantoa eli no-dig-saneeraus ja putken asentaminen ja uusiminen tällä uudella tavalla on kehitetty juuri silmällä pitäen kaupunkialueen rajoituksia. No-dig-menetelmän toteuttamistavat kehittyvät koko ajan ja näitä on kokeiltu jo erilaisissa olosuhteissa. Tekniikoita on useita, kuten erilaiset sujutus- ja pinnoitusmenetelmät, mikrotunnelointi, putken halkaiseminen, ohjattu poraus, putken junttaus ja jännittäminen, on lopputuloksena lukuisia eri vaihtoehtoja, joista voidaan valita parhaiten soveltuva Saneeraustekniikan valinta Saneeraustekniikan valintaan vaikuttavat useat tekijät. Tärkeimpinä kriteereinä ovat luonnollisesti maaperä, sijainti, halutun putken materiaali, koko yms. Samalla pyritään tietenkin myös taloudellisesti parhaaseen tulokseen. Koska menetelmät ovat kehittyneet nopeasti, on tänä päivänä mahdollisuus valita useasta eri vaihtoehdosta, joita ovat mm. (Asheesh 1994): pitkäsujutuksessa saneerattavan putken sisään vedetään yhtenäiseksi hitsattu tai liitetty putki, joka muodostaa uuden, tiiviin putken. Tähän on yleensä käytetty polyeteeniputkia. pätkäsujutuksessa saneerattavan putken sisään työnnetään lyhyistä putkista koostuva uusi putki. Tämä sujutustekniikka soveltuu viemäreille. pakkosujutus laajentaa pitkä- ja pätkäsujutuksen käyttöaluetta. Se perustuu putkimurskaimen käyttöön, joka rikkoo saneerattavan putken ja tekee tilaa perässä tulevalle uudelle putkelle.

18 18 puristussujutus (Close-fit-sujutus) on pitkäsujutuksen kaltainen menetelmä. Siinä sujutusputken halkaisijaa pienennetään työn ajaksi ja palautetaan alkuperäiseen kokoonsa, kun putki on paikoillaan. Näin uusi putki asettuu tiukasti vanhan putken seinämiä vasten. spiraalisujutuksessa uusi putki muodostuu nauhasta, joka kierteenomaisesti sujutetaan saneerattavan putken sisään ja pakotetaan seuraamaan vanhan putken seinämiä. Tämä menetelmä sopii ainoastaan viettoviemäreille. sukkasujutuksessa saneerattavan putken sisään asennetaan hartsilla kyllästetty sukka, joka veden- tai ilmanpaineen avulla saadaan asettumaan vanhan putken muotoon. Hartsi kovetetaan ja päät leikataan auki, jonka jälkeen putki on valmis. Menetelmä sopii sekä viemäreille että painejohdoille. letkusujutuksessa saneerattavan putken sisään asennetaan kudosvahvisteinen letku, joka kiinnitetään tiiviisti päistään. Menetelmän käytön edellytys on, että vanha putki toimii suojaputkena maan painetta vastaan. Tämä menetelmä sopii ainoastaan vesijohdoille. mikrotunnelointi tarkoittaa menetelmää, jossa uusi putki asennetaan vanhan viereen tai kokonaan uuteen paikkaan ohjautuvan kärkikappaleen avulla. Uusi putki kiinnitetään kärkikappaleeseen vasta, kun se työputken kanssa on saavuttanut kohteensa. Vedettäessä työputki ja kärkikappale takaisin saadaan uusi putki samalla paikalleen. Menetelmän käyttö edellyttää kivettömiä maalajeja, joskin yksittäiset esteet voidaan kiertää. panelointi tapahtuu liittämällä saneerattavan putken sisällä toisiinsa elementtejä, jotka muodostavat sitten uuden putken. Elementeissä on sekä pituus- että poikkisuuntaisia saumoja. Menetelmä sopii viettoviemäreille. saneerattavan putken sisäpinta voidaan korjata myös ruiskuttamalla sille jotain pinnoitetta. Pinnoitteista yleisin on betoni. saumojen injektointi tapahtuu TV-kameralla valvotun injektiolaitteen avulla. Myös painovoimaista injektointia täyttämällä putkilinja injektiomassalla on kokeiltu. Tämä soveltuu lähinnä betoniviemäreiden saumojen tiivistämiseen. Kaivojen saneeraukseen voidaan käyttää mm. seuraavia menetelmiä: - muovikaivon tai tarkastusputken asentaminen vanhan kaivon sisään - pohjarengasta ylempien renkaiden vaihtaminen ja kaivon eristäminen - uuden kaivon valaminen vanhan kaivon sisään valumuotteja käyttäen

19 19 - kaivon ruiskubetonointi - kaivon routaliikkeen estäminen - kaivon vuotokohtien injektointi Saneeraus- ja uusimiskustannukset voivat jäädä huomattavasti pienemmiksi, kuin verkoston uudelleenrakentaminen, koska ympäristölle aiheutuvat haitat ovat pienemmät kuin avokaivannon aiheuttamat haitat. Mitään yleistä sääntöä ei kuitenkaan voi antaa, koska kustannukset ovat riippuvaisia sekä olosuhteista, että tarpeista. No-dig-saneeraus ei ole aina mahdollista ja mahdollinen muiden maanalaisten verkkojen uusimistarve tulee myös ottaa huomioon. Suoria kustannussäästöjä no-dig-saneerauksessa tai uusimisessa saadaan mm. seuraavista seikoista: Tarvitaan vähemmän kaivauksia Kustannukset, jotka johtuvat pinnan entisöinnistä, pienenevät Mahdollista kaivannon uusimista vikojen vuoksi ei tarvita Kaivamisen ympäristölle aiheuttamien haittojen poistamisen/korjaamisen tarve vähenee Täytemaa- ja kuljetuskustannukset kaivauksesta ja uudelleentäytöstä pienenevät tai jäävät kokonaan pois Putken palveluajan piteneminen sekä huoltokustannusten väheneminen Epäsuoria säästöjä, joita ei yleensä voi laskea erikseen, vrt. mm.: Häiriintymätön liikenne Vähemmän häiriöitä ja poikkeamia muussa ympäristön toiminnassa Vähemmän kuluja liikenne- ym. järjestelyjen vuoksi Melu- ja pölyhaittojen minimointi

20 Menetelmiä vuotojen vähentämiseksi Yleistä Vuotojen aiheuttama vesihävikki on ehkä yksi suurimmista kulueristä vedenjakeluverkostossa. Vuotojen vähentäminen johtaa kustannussäästöihin sekä veden käsittelyssä että pumppauksessa. Kun vuodot vähenevät, ei ole myöskään tarvetta uusien vesilähteiden käyttöönottoon tai uusien vedenkäsittelylaitosten rakentamiseen. Lisäksi, vuotojen vähentäminen on erittäin tärkeätä alueilla, missä vesilähteet eivät muutenkaan ole loputtomat. Vuotojen määrä lisääntyy, kun verkoston paine kasvaa. Vuotoihin vaikuttavat myös muut seikat, kuten päävesijohtojen ja jakeluputkien huono kunto, liitosten laatu, materiaalit ja työn laatu, maaperä, liikenteen kuormitus jne Paineen kontrollointi Vaikkakin on tärkeää taloudellisen toiminnan kannalta vähentää tiettyinä aikoina verkoston painetta, tarvitaan kuitenkin riittävä jatkuva paine asiakkaiden tarpeiden tyydyttämiseksi kaikkina aikoina. Siten on toisaalta tarve parantaa veden toimitusta asiakkaille painetta lisäämällä ja toisaalta tarve vähentää vuotoja painetta vähentämällä. Onkin määriteltävä käyttötapa, joka ottaa huomioon molemmat tarpeet. Tällaisen menettelytavan tavoite on pitää verkoston kaikkien osien paine sellaisena, että molemmat vaatimukset täytetään riittävästi. Koko verkostoa on mahdotonta kontrolloida niin, että tavoite toteutuisi verkoston joka solmukohdassa. Paineet, jotka ylittävät suositukset alemmilla korkeuksilla, ovat välttämättömiä, jotta paine olisi riittävä myös ylemmillä korkeuksilla. Verkoston kontrolloinnin tavoite on ylimääräisen paineen minimointi mahdollisuuksien mukaan koko verkostossa (Ligget & Chen 1994). Haluttua painetasoa voidaan ainakin periaatteessa ylläpitää taajuusohjatun pumppauksen, paineenalennusventtiilien ja paineenkorotuspumppauksen avulla Pumppujen kierrosluvun säätö Useat eri putkijärjestelmät ja pumppuyhdistelmät täyttävät vedenjakelujärjestelmän

21 21 vaatimukset. Pumppuja, joiden koot, imuaukon päät ja kapasiteetit eroavat toisistaan, voidaan käyttää sarjoina peräkkäin tai rinnakkain. Pumppujen järjestyksestä huolimatta järjestelmä, jossa on tietty määrä pumppuja ja jota operoidaan tietyllä tasaisella nopeudella, ei voi kontrolloida virtausmäärää ja painetta ilman kuristusläppää. Tasanopeuksisten pumppujen käyttö vedenjakelujärjestelmässä aiheuttaa myös tilanteita, joissa paine on huomattavasti tarvittua suurempi ja voi ylittää mittausarvot. Jos lisäksi joudutaan käyttämään venttiiliä jatkuvassa kuristustilassa, energian kulutus kasvaa. Vaihtonopeuksisten pumppujen käyttö paineellisen veden jakelussa tarjoaa useita etuja. Pumput, joissa on taajuusohjaus, tuovat huomattavia parannuksia vedenjakelun toimintaan erityisesti energia- ja kustannussäästöinä. Taajuusohjatut pumput mahdollistavat järjestelmän tarkan ja tehokkaan kontrollin. Säästöjen lisäksi taajuusohjattujen pumppujen käytöstä on myös mm. seuraavia etuja (Wood & Reddy 1994): Paine voidaan säilyttää jatkuvasti lähellä vähimmäistasoa. Painevaihtelusta johtuvien vuotojen aiheuttamaa vesihävikkiä voidaan vähentää, koska paine tasaantuu. Pumppujen käyttöaikoja voidaan helpommin kontrolloida. Huippuajan pumppausta voidaan hyödyntää paremmin ja näin säästetään energian käytössä ja kustannuksissa ja tehokkaammassa. Vesisäiliöön virtauksia voidaan kontrolloida. Tämä voi auttaa veden laadun säilyttämisessä. Taajuusohjatut pumput mahdollistavat paremman valmiuden epänormaaleissa tilanteissa, kuten tulipaloissa, putkilinjan rikkoutumisessa jne. Järjestelmän virtaaman kontrollointi helpottuu. Katso liite 1. Liitteessä 1a esitellään Aitolahden alue Tampereella, jossa on käytössä pumppujen kierrosluvunsäätö. Kuvassa näkyvät virtaama, tulopaine vesilaitoksella

22 22 (Rusko) ja paine pumppaamon jälkeen. Kuvasta voi havaita virtaaman vaihtelun kulutuksen mukaan paineen säilyessä tasaisena, eli johtolinjan rikkoutumiseen tai saumojen repeämiseen johtavia paine-eroja ei tapahdu. Myöskään paineiskua ei ole havaittavissa. Liitteessä 1b on esitetty Peltolammin tilanne. Peltolammilla ei ole käytössä kierrosluvunsäätöä. Kun vedenpinta säiliössä laskee, on pumpattava lisää vettä säiliöön. Pumpun käynnistäminen aiheuttaa paine-eron. Tämä paine-ero voi aiheuttaa putken rikkoutumisen, saumojen repeämisen tai paineiskun Erilliset painealueet Vedenjakeluverkoston painetta voidaan kontrolloida monella eri tavalla, näistä yleisin on ehkä erillisten verkostoalueiden perustaminen koko alueen topografian mukaan. Tällöin joka alueelle vesi tulee valvotusta lähteestä yhden tai useamman painetta vähentävän venttiilin tai paineenkorotusaseman kautta. Paineenalennusventtiili voi olla tyypiltään muuttumaton tai virtausta kompensoiva. Kompensoiva painetta vähentävä venttiili on periaatteessa muuttumaton, mutta avautuu suurempien virtausten aikana aiheuttaen suuremman paineen ja päinvastoin. Näin se ottaa huomioon, että lähdehävikki ja virtaushävikki ovat osa samaa ongelmaa. (Wood & Reddy 1994).

23 23 4. VERKOSTOJEN SANEERAUSTARPEEN ARVIOINTIMENETELMÄT 4.1. Yleistä Saneerauksen kannalta tärkeimpien kohteiden selvittämiseksi on olemassa erilaisia menetelmiä, joiden avulla tehtävää työtä voidaan kutsua luokitteluksi, priorisoinniksi tai tärkeysjärjestykseen asettamiseksi. Verkostojen saneeraustarpeen ja toimintavarmuuden arviointiin on kehitelty useita tunnettuja menetelmiä mm. luotettavuusanalyysi, ruotsalainen PRIVA-menetelmä, norjalainen riskianalyysi, kustannusanalyysi sekä Walskin ja Shamirin vuotojen taloudelliseen hallintaan perustuva menetelmä. Seuraavassa on käsitelty näitä ja eräitä muita menetelmiä pääpiirteittäin Luotettavuusanalyysi Luotettavuusanalyysissä tarkastellaan syitä, joiden vuoksi päävesijohdot tarvitsevat huoltoa (rikkoutumiset, kadonneet tai epäkunnossa olevat venttiilit ja vuodot). Menetelmään ei ole sisällytetty neljättä tärkeää vanhan päävesijohdon ongelmaa; sisäisen kuljetuskapasiteetin pienenemistä, vaan menetelmässä käsittellään vain putkien rakenteellista eheyttä ja sellaisenaan se on vain ensimmäinen askel saneerausvaihtoehtojen arvioinnissa. (Mays 1989). Erikseen arvioidaan järjestelmän virtaukset ja paineet. Tämä tehdään yleensä käyttäen apuna tietokonemallia järjestelmästä. Päävesijohdot, joiden uusimista ei ole osoitettu tarpeelliseksi kuvailluilla analyyseillä, voidaan kuitenkin puhdistaa ja vuorata. Vaihdettaviksi merkittyjen päävesijohtojen halkaisijaa voidaan muuttaa, riippuen halutusta virtauksesta. Avain vesijärjestelmän saneerauksen tarpeellisuuden hyvään arvioimiseen on määritellä kaikki kustannukset ja hyödyt mahdollisimman tarkasti, sekä kuvailla yksityiskohtaisesti ne tekijät, joita ei voida arvioida rahassa. Arvioimalla vanhojen päävesijohtojen todelliset huoltokustannukset on mahdollista kehittää laskentatapoja päävesijohtojen uusimisen taloudelliseksi optimoinniksi.

24 24 Käytännössä on osoittautunut tarkoituksenmukaiseksi esittää numeerisiin tarkasteluihin perustuva luotettavuusanalyysi seuraavissa vaiheissa (Saarikoski 1982). järjestelmän kuvaus analysoitavien toimintojen määrittely vika- analyysi luotettavuusmallin laatiminen luotettavuustietojen hankkiminen tehtävän numeerinen ratkaiseminen tulosten analyysi ja arvostelu Järjestelmän kuvauksen yhteydessä sen osien tekniset ominaisuudet kuvataan yksityiskohtaisesti, jolloin tuloksena saadaan järjestelmän seikkaperäinen toimintaselostus. Seuraavaksi määritellään ne järjestelmän toiminnot ja epätoivottavat tapahtumat, joiden suhteen luotettavuutta halutaan analysoida. Tällöin pyritään erottamaan toisistaan järjestelmän ongelmakohdat ja toiminnot, joissa järjestelmä täyttää tehtävänsä. Vika-analyysin tarkoituksena on selvittää järjestelmän kunkin osan erilaiset vioittumismahdollisuudet ja vikojen vaikutus järjestelmän toimintaan. Luotettavuusmallin laadinta perustuu järjestelmän toiminnan yksityiskohtaiseen selvittämiseen. Järjestelmä kuvataan sen osien luotettavuusteknisenä kytkentänä. Usein käytettyjä mallin esitysmuotoja ovat vikapuu ja lohkokaavio. Luotettavuusmalli voi muodostua myös joukosta algebrallisia tai loogisia yhtälöitä. Mallia laadittaessa joudutaan yleensä tekemään yksinkertaistuksia. (Saarikoski 1982). Kvantitatiivisiin tuloksiin pyrittäessä on osien luotettavuusominaisuudet ilmaistava numeerisessa muodossa. Tarvitaan vähintään tiedot osien

25 25 vioittumistodennäköisyyksistä ja vikojen korjausominaisuuksista. Luotettavuusmallin ratkaisun avulla määritetään osien toiminnasta ja vioittumistodennäköisyyksistä lähtien koko järjestelmän vastaavat todennäköisyysarvot. Laskentamenetelmä on riippuvainen käytettävästä luotettavuusmallista, jonka kanssa se usein muodostaa kiinteän kokonaisuuden. (Mays 1989, Saarikoski 1982). Luotettavuusanalyysin tuloksena saadaan joukko järjestelmää kokonaisuutena kuvaavia luotettavuuden tunnuslukuja. Analysointivaiheessa pyritään saamaan selville eri osien ja vikakombinaatioiden vaikutus järjestelmän vikoihin. Tulosten arvostelun yhteydessä pyritään suhtautumaan tuloksiin kriittisesti. Tällöin kiinnitetään huomiota tehtyihin yksinkertaistuksiin ja alkuarvojen puutteellisuuteen. (Mays 1989, Saarikoski 1982) Kustannusten optimointi Optimointimenetelmien avulla pyritään laatimaan sellaisia vedenjakelujärjestelmän suunnitelmia, joiden investointi ja käyttökustannukset olisivat mahdollisimman pienet. Optimointitehtävän ratkaisun yhteydessä käytetään yleensä jotain matemaattista mallia, jonka kohdefunktiossa on esitetty minimoitavat (tai maksimoitavat) kustannukset (tai hyödyt) päätösmuuttujien funktiona, ja mallin rajoitusyhtälöiden avulla asetetaan päätösmuuttujien hyväksyttävien arvojen rajat. (Mays 1989). Saarikosken mukaan vedenjakelujärjestelmää tutkittaessa rajoitusyhtälöiden avulla kuvataan tavalla tai toisella järjestelmään liittyvät fyysiset rajoitukset (virtaustila). Ihanteellisessa optimointimallissa olisi otettava myös luotettavuuteen liittyvät asiat rajoitusyhtälöissä huomioon. Tätä ei tiettävästi ole toistaiseksi yritetty (Saarikoski 1982). Optimointimenetelmiä voidaan hyödyntää monella tavalla mm. jakelujärjestelmän rakentamis- ja käyttökustannuksiin liittyvien asioiden selvittämiseen sekä investointien ajoittamiseen.

26 26 Optimointisovelluksien suurimpana hankaluutena lienee tehtävän epälineaarisuus, sillä kohdefunktioon sisällytetty johtokustannusfunktio halkaisijan suhteen ilmoitettuna on epälineaarinen samoin kuin rajoitusyhtälöiden avulla annettu veden virtaustilaa kuvaava yhtälöryhmä. Epälineaarisuudesta aiheutuu, että ongelmaa ei voida sellaisenaan ratkaista lineaarisen ohjelmoinnin avulla (Mays 1986). Lisäksi ongelmana on, että johtoverkon rakentamiseen täytyy käyttää kaupallisia johtokokoja, mikä vaikeuttaa kokonaislukuohjelmointia. Käytännön sovelluksissa edellä mainituista seikoista johtuvat hankaluudet on pyritty tavalla tai toisella kiertämään. On esimerkiksi käytetty epälineaaristen yhtälöiden lineaarisia muotoja. (Mays 1986, Saarikoski 1982). Kirjallisuudessa kuvatut sovellukset on usein tehty jotain tiettyä käyttökohdetta varten, joten niitä on vaikea yleistää. Lisäksi sovellutukset ovat monimutkaisia eikä menetelmään liittyvää ohjelmaa ole yleensä saatavilla. Poikkeuksena näistä voisi mainita Alperovitsin ja Shamirin (Alperovits & Shamir 1977) kehittämän gradienttimenetelmään perustuvan epälineaarisen ohjelmoinnin sovellutuksen, jota Shamir ja Howard (Shamir & Howard 1979) ovat edelleen kehittäneet. Lisäksi voidaan mainita Rasmussenin kehittämä menetelmä, joka perustuu heuristiseen ratkaisunhakuun. Menetelmää on helppo soveltaa yleiseen mitoitusongelmaan. (Rasmussen 1976). Kaikissa käytön optimointiprojekteissa laitoksen oman työvoiman merkitys on huomattava. Projekteissa voidaan käyttää ulkopuolista asiantuntemusta tehokkaasti hyväksi olemassa olevien laitteistojen arviointiin ja uusien ideoiden tuottamiseen, mutta sen jälkeen oman henkilökunnan rooli ja panos on merkittävä. Ennen rikkoutumisen ennustamiseen käytettävien funktioiden kehittämistä etsitään sarja merkittäviä yksittäisiä parametreja, jotka suhteutetaan rikkoutumistiheyden kanssa. Esimerkiksi selvitetään putkityypit ja niiden erikoisominaisuudet ja heikkoudet, sekä vauriohistoria. Jotta voitaisiin havaita putken koon ja tyypin tilastollinen merkitys vauriotiheyteen, on suoritettava vertaileva analyysi vauriotiheydestä. Putkien kokoja voi myös ryhmitellä, jos kyseisissä kategorioissa on

27 27 vain vähän vaurioita tai putken pituutta. (Walski 1981) Vesijohtojen ja viemäreiden luokittelu Käytännössä ei ole mahdollisuutta koko VV- verkostojen kovin tarkkaan tutkimiseen kentällä. Olemassa olevien tietojen perusteella on pyrittävä suuntaamaan tutkimustoimia verkostojen kannalta tärkeimpiin ja kriittisiin kohtiin. Käytössä olevat resurssit useimmiten myös rajoittavat tutkimustyön laajuutta. Tämä koskee kaikkia menetelmiä. Tärkeimpien kohteiden määrittämiseksi voidaan käyttää erilaisia luokittelumenetelmiä. Luokittelumenetelmät antavat kuvan siitä, millaisiin asioihin verkostojen kunnon arvioinnissa on kiinnitettävä huomiota PRIVA-menetelmä Ruotsissa kehitetty menetelmä on nimeltään PRIVA (VAV 1987). Siinä VV- verkostoille asetetaan tietyt palvelulliset, ympäristönsuojelulliset ja taloudelliset tavoitteet, jotka on pystyttävä toiminnan puitteissa saavuttamaan. VV-verkostoilla on myös tietyt toimintavaatimukset, jotka on pystyttävä toteuttamaan. Esimerkiksi vesijohtoverkon osalta keskeisiä ovat veden toimitusvarmuus ja vedenlaatu, viemäristön kohdalta tulvimisten ja vesistöön kohdistuvien päästöjen estäminen. Suunnittelun ensimmäinen vaihe on VV-verkostojen lähtötietojen koonti. Sitten johdot jaotellaan erikoisjohtoihin, riskijohtoihin ja muihin johtoihin. Lopuksi tapahtuu luokittelu (kuva 4).

28 28 VV- VERKOSTOT Lähtötietojen kokoaminen Erikoisjohdot Riskijohdot Muut johdot Tärkeät (luokitellut) johdot Tavalliset (luokittelemattomat) johdot Kuva 4. Johtoverkon perustietojen koonti, jaottelu ja luokittelu Priva-menetelmässä. (VAV 1987). Kun alustava luokittelu johtoverkon osalta on tehty, on seuraava vaihe pääasiassa kentällä tehtävä tutkimustyö. Tutkimuksen tulokset arvioidaan ja suunnittelutyötä jatketaan toimenpiteiden suunnittelulla. Viimeisenä vaiheena on toimenpiteiden toteuttaminen. Erityisesti verkostoissa on yritettävä löytää huonokuntoisten riskijohtojen ja verkoston toiminnalle tärkeiden erityisjohtojen yhteneväisyydet. Näihin kohteisiin on luonnollisesti kiinnitettävä erityisesti huomiota (kuva 5). (Mosevoll 1987).

29 29 VV-Verkosto Palvelutavoitteet Ympäristönsuojelutavoitteet Taloudelliset tavoitteet Toimintavaatimukset Priorisointi Tutkimus Kuntoindeksi Toimenpidesuunnitelma Toimenpiteet Kuva 5. Priva-menetelmän eri vaiheet (Mosevoll 1987). (Kuva tekijän). Priorisointi ja suunnittelu ovat luonnollisesti jatkuvasti muuttuvia olosuhteiden mukaan, joten suunnittelu on prosessi, jossa tutkimustulosten lisääntyessä luokittelua tarkennetaan tai tehtyjen toimenpiteiden vuoksi muutetaan (kuva 6).

30 30 Olemassaoleva tieto Alustava luokittelu Lisääntynyt tieto Tarkennettu luokittelu Muuttuneet olosuhteett Muutettu luokitus xxxx xxxx Kuva 6. Vesi -ja viemärijohtojen luokittelun muuttuminen (Asheesh 1994) Riskianalyysimenetelmä Norjassa on kehitetty vesijohto- ja viemäriverkoston käytön, kunnossapidon ja uusimisen suunnittelun avuksi tarkoitukseen sopiva riskinanalyysi. Sen avulla yksittäisille kohteille lasketaan oma riskiarvonsa. Tämän riskiarvon perusteella ohjataan verkostoihin kohdistuvia toimenpiteitä kiireellisimpiin ja tärkeimpiin paikkoihin. (VAV 1987). Riskianalyysi tehdään seuraavalla tavalla: 1) Kohteen tietojen kerääminen. kohteen nimi, johdon alkamis- ja päättymispaikka ( kaivo), karttalehti pituus, koko, materiaali, korroosiosuojaus, rakentamisvuosi muut tekijät (perustamisolosuhteet, maalaji, peittosyvyys, kaltevuus, sijainti, jne). kohteen tehtävä: alue, jota johto palvelee, alueella olevat tärkeät laitokset ja toiminnot (teollisuus, koulut, sairaala jne. ja asukkaiden lukumäärä) riskien pienentämiseksi jo tehdyt toimenpiteet. 2) Kohteen työhistorian selvittäminen

31 31 mitä on tehty ja mitä on suositeltu tehtäväksi (esimerkiksi tv-kuvaukset, tulvimiset, saneeraukset, vuotomittaukset ja huuhtelut). 3) Riskinanalyysin perusteiden määrittäminen tämänhetkiset vauriot (tulvat, tukkeutumiset, vuodot, paineiskut ja sortumat jne.) lähtökohta (riskin pienentämiseksi tehdyt toimenpiteet) (vertaa kohta 1.) vaurion todennäköisyys / vaurion seuraukset toimenpiteet, joilla voidaan vähentää vaurion todennäköisyyttä ja joilla voidaan vähentää vaurion seurauksia. 4) Ajankohtaisten toimenpiteiden vaikutusten, kustannusten ja muiden menojen selvittäminen ilman toimenpiteitä tämänhetkisillä toimenpiteillä uusilla toimenpiteillä. 5) Riskiarvon laskeminen riskiarvo lasketaan taulukon (1) mukaisella kaaviolla, jossa edellämainittujen tietojen avulla arvioidaan vaurion todennäköisyys ja seuraukset. Riskiarvo kasvaa suhteessa näihin tekijöihin. Taulukko 1. Riskiarvon laskeminen (Virtaniemi 1990). vaurion seuraukset suuri pieni pieni vaurion todennäköisyys suuri Riskiarvo 1 Hyvin pieni riski 16 Hyvin suuri riski.

32 Saneerauksen kiireellisyyden ja tärkeyden luokittelumenetelmä Tukholman vesi- ja viemärilaitoksen malli perustuu eri osatekijöiden pisteyttämiseen, jonka perusteella johdot jaotellaan kolmeen eri kategoriaan saneerauksen kiireellisyyden ja tärkeyden mukaan. Menetelmä on kehitetty jätevesiviemäreiden ja sekaviemäreiden pisteyttämiseen. Pisteyttäminen jakautuu seuraaviin osatekijöihin (Salo & Saarikoski 1988).: 1) Sosiaalistaloudelliset tekijät johtomateriaali ikä asennussyvyys putkikoko käyttökustannukset alue, jolla putki sijaitsee liittyjät 2) Toiminnalliset tekijät kunto, vauriot, tiiviys jne. käyttö, vuodot jne. Pisteet lasketaan yhteen eri osatekijöistä ja viemärit jaotellaan kolmeen eri kategoriaan: 1. Johdot, jotka vaativat välittömiä toimenpiteitä. 2. Johdot, joita on valvottu ja jotka tarvitsevat lisätutkimuksia. 3. Johdot, joihin tehdään vain akuutit korjaukset. Luokittelu- eli priorisointimenetelmät (kts. esim. Ojala 1990) antavat kuvan siitä, millaisiin asioihin vesihuoltoverkostojen kunnon arvioinnissa on kiinnitettävä huomiota. Saneeraajan on sovellettava saatuja tietoja omiin tarpeisiinsa lähtötiedot, tutkimusresurssit ja rahoitus huomioon ottaen. Johtoajatuksina voidaan pitää seuraavia asioita:

33 33 Tutkimustyö ja toimenpiteet on kohdistettava oikein ( tärkeysjärjestys) Toimenpidepäätökset on tehtävä riittävän luotettavien tietojen perusteella. Virheinvestointi maksaa moninkertaisesti tutkimuskustannuksiin verrattuna. Työn on oltava pitkäjänteistä. Saatu tieto on tallennettava käyttökelpoisena myöhempää tarvetta varten. Verkoston kunnon tutkimukseen erilaisilla mittausmenetelmillä ja kenttätutkimuksella on runsaasti mahdollisuuksia. Käytännössä kuitenkin tutkimusta rajoittavat taloudelliset yms. resurssit. Näiden tutkimusten on optimoitava omat mahdollisuudet, ulkopuolisten asiantuntijoiden käyttö, laitehankinnat, teoreettinen tutkimus ja rahoitus Verkostojen saneeraustarpeen arviointi vuotojen kustannusanalyysin avulla Yleistä Vesijohtojen keskimääräinen käyttöikä on yleensä 40 ja sadan vuoden. Vaihtelu voi olla suurikin. Laskuttamaton vesi (UW) on ensisijaisesti seurausta vuodoista, sekä vesimittareista, jotka eivät rekisteröi käyttöä. Viime vuosina on kehitelty erilaisia menetelmiä (Cabrera et al.1995) vesimittareiden virherekisteröinnin tarkistamista varten, jotta voitaisiin minimoida mittarivirhe, ja kaikki kulutettu vesi myös voitaisiin laskuttaa. Tähän mennessä ei kuitenkaan ole löydetty tarpeeksi tehokasta menetelmää. Verkoston ylläpitoon ja vuotojen hallintaan voidaan suhtautua eri tavoin. Cabrera et al. (1995) on esittänyt kolmen selvästi erityyppisen suhtautumisen kustannusanalyysit. Käytännössä kaikkia näitä menettelyjä voidaan tarvita. Vuotojen hallinta jaetaan kolmeen menettelytapaan, joihin kaikkiin voidaan soveltaa kustannusanalyysiä: 1) putkistojen korjaus (R), silloin kun vuoto ilmenee, 2) systemaattinen vuotojen etsintä ja korjaus (LDR) ja 3) putkiston uusiminen kokonaisuudessaan (RP). Analyysi perustuu putkiston vuotohistoriaan ja jokaisen vuodon kustannusarvioon. Tavoitteena on määritellä paras ajankohta aloittaa vuotojen etsintä ja