Avløpshistorikk den tekniske utviklingen

Transkript

1 1 Avløpshistorikk den tekniske utviklingen Ledningsnettet, ambisjoner Sveinung Sægrov Institutt for vann- og miljøteknikk, NTNU Kursdagene i Trondheim 2015

2 2 Innhold Eksempler på utfordringer Historisk oversikt og situasjonen i dag Internasjonale trender Hva gjør NTNU? 6 meldinger å ta med hjem Kursdagene i Trondheim 2015

3 3 State of the Nation Søkelys på norsk infrastruktur (2010, rev 2012, 2015) Avløp

4 4 Hovedutfordringer for avløpstjenester i kommende ti-år Folk flytter Byer vokser, økt behov for avløpstjenester Mer asfalterte overflater, mer avrenning Klimaet endrer seg Havnivået stiger Økt nedbørintensitet og avrenning Nye forurensinger Kulde, frostbeskyttelse Minimalisere energiforbruk og CO 2 utslipp Aldrende infrastruktur Brudd, lekkasjer, kapasitetsmangel oversvømmelser Må dele grunnen i byer med andre infrastrukturer Trendene trekker i samme retning økt press på avløpsanleggene

5 5 Notodden: Flommen 24. juli 2011 Dagen etterpå Høibødalen Notodden 24 juli 2011 dagen derpå Foto: Telen

6 6 Burde dette området vært godkjent for boligbygging? (gammelt bekkefar) Fotos: Adresseavisa

7 7 Eksisterende avløpsnett i 2013 Norske avløpsnett (2013, Kostra) km avløpsledninger (inkl 7700 km kombinertsystem) km separate overvannsledninger Ca. 25% er bygget før 1970 med tekniske løsninger som ikke er tilfredsstilt med dagens standard : Fornyelse: 681 km (0,47% pr år) Nyanlegg: 1542 km

8 8 Ledningsforvaltning i Norge i et historisk perspektiv 1850 s Første avløpsledninger installert 1913 Første norske standard for rørmaterialer (betong) 1950 s Maskingravde ledningsgrøfter (problemer!) 1970 s TV-inspeksjon av avløpsledninger 1980 s Elektroniske databaser for ledningsegenskaper og feil 1990 s Systematisk fornyelsesplanlegging, bedre materialer 2000 s Verktøy og programvare for fornyelsesplanlegging 2010 s Fornyelse støttet av risikovurderinger og systemanalyser 2010 s Bruk av IKT og sensorer ved overvåkning av ledningsnett

9 9 Avløpsledninger- historie 1860 første moderne avløpsledning glassert leire første norske rørfabrikk (Kristiania Monierfabrikk, betong) første materialprøving dokumentert første standard med krav til styrke materialprøvingen organiseres sterkt forbedret produksjonsutstyr betydelig økte krav til styrke Kontrollrådet for betongprodukter dannet økt krav til styrke og tetthet for betongledninger PVC tas i bruk til avløpsledninger en rekke materialforbedringer dannelse av bransjeforeninger 1997 egenkontroll av anlegg som en del av bygningsloven

10 10 Tidligere feil og lærdommer Dårlige materialer Mange rørfeil i gamle betongrør (f eks sulfidkorrosjon) og første generasjon PVC rør, og i skjøtene Forskning på materialegenskaper Tidligere ikke tilstrekkelig forståelse for materialegenskaper og begrensninger i bygging av ledningsnett Mer uavhengig forskning på nye materialer ønskelig, men mye vil nok avhenge av produsentene Ovalitet PVC (empirisk ligning): Δ/D =Q/D * 0,042/ (8 S + 0,061 E s ) Δ = deformasjon (mm) D = diameter (mm) Q = ytre last pr lengde (N/mm) S = ringstivhet(pa) E s = jordstivhet (Pa, normally 2-3 MPa avhengig av tilbakefyllingsmateriale

11 11 Tidligere feil og lærdommer Byggepraksis i dårlig tilbakefylling og ingen komprimering øket last på rørmaterialet. Kombinerte kummer for avløpsvann og overvann hvis spillvannsledning er tett vil vannet gå til lokal resipient via overvannssystemet. Vanlig løsning i Norge Nå er programmer for vedlikehold av kummer startet opp. Spillvann Overvann

12 12 Forbedring av avløpsnettene Samle informasjon Status i Norge: Elektronisk informasjon samlet inn siden midt på 1980 tallet (bla Gemini) Informasjon om egenskaper og feilhistorie er grunnlaget for fornyelsesplanlegging Samler vi inn riktige data? Databruk kan være en utfordring Plan for bruk av informasjon ofte mangelfull Må se innsamlingen i sammenheng med hva som trengs for å kjøre beregningsmodeller og gjennomføre fornyelsesplanlegging

13 13 Forbedring av avløpsnettene II Forvaltningspolicy for avløpsnett Betrakte avløpsnettet som «system» til å ha evig liv «Komponentene» må skiftes ut. Må forstå når komponentene må fornyes for å unngå driftsfeil Inspeksjonsprogram defineres ut i fra feilstatistikk og feilprediksjon Inspeksjonsprogrammet bør definere tilstand til ledningssegmenter slik at en kan velge mellom punkt reparasjon, segment fornyelse eller hel ledningsfornyelse Betrakte fornyelsesprosjekter som vedlikehold, med umiddelbar tilbakebetaling trenger nøye planlegging for å oppnå et tidsbalansert program.

14 14 Tilstandskontroll av avløpsledninger Skadepoeng (S) beregnes på bakgrunn av rørinspeksjonen Skadeklasser S1 S5 S1 meget god, friskmeldes S2 god, friskmeldes S3 dårlig, tiltak kan være aktuelt S4 dårlig, tiltak aktuelt S5 ubrukelig, tiltak aktuelt Tilstandsklasser har også blitt brukt som grunnlag for beregning av sannsynlighet for fremtidige feil

15 15 Feil målt ved rørinspeksjon materialtekniske skader, driftstekniske feil, konstruksjonsmessige feil Har ulik tidsutvikling

16 16 Veien videre- paradigme-endringer siste 10 år Hendelser: Bergen, : Giardia epidemi utbrudd (skyldes avløpsnett) Fredrikstad, 2008: Massive oversvømmelser Endringer: Økt formelt ansvar oversvømmelser, helse Fokus på bærekraft Lover og reguleringer risiko-basert Drivere for en risikobasert forvaltningsstrategi

17 17 Internasjonale trender (Europa) Viktige forskningsprogrammer de nærmeste årene (deltakelse mulig): Horizon 2020 Europan innovation partnership (EIP) JPI Water challenges for a changing world Viktige arbeidsområder for europeiske programmer: Quantify the value of good performing urban water systems for ecosystem services Maintaining ecosystem sustainability Develop safe water systems for the citizens Implement a water-wise biobased economy Close the water cycle gap Promote competitiveness in the water industry

18 Læring fra andre: Ledende europeiske prosjekter om fornyelsesplanlegging som vi har tatt aktivt del i 18 UtilNets CARE-W CARE-S Project Innovation Deterministic modelling of corrosion in water networks Several computer tools for rehab planning in water networks Several computer tools for rehab planning in wastewater networks APUSS TILDE AWARE-P TECHNEAU PREPARED Condition measurement in wastewater networks Optimizing leakage control DSS systems for water network management Water quality changes in networks Resilience for water and wastewater networks in extreme climate related events TRUST Long-term sustainability of urban water cycle systems Drivere for en ny generasjon hoved- og ledningsfornyelsesplaner i norske byer

19 19 IPCC Klimaendring - sammendrag 2014 Utkom 1 november 2014 Without additional mitigation efforts beyond those in place today, and even with adaptation, warming by the end of the 21st century will lead to high to very high risk of severe, widespread, and irreversible impacts globally (high confidence). Hva er mitigation og adaptation på vannsektoren? Energinøytrale løsninger (redusere karbonavtrykk, f eks no-dig løsninger ved fornyelse) Ta vare på vannressursene (unngå vannlekkasjer) Mer omfattende vannrensing Lokale overvannsløsninger Risiko og sårbarhetsanalyser og beredskapsplaner

20 20 Virkning av klimaendringer (lengre tørkeperioder, kuldeperioder, mer vind, økt avrenning) Eksempel: overløp av økt avrenning (Lindholm 2007, Holvik 2010) 77% økning i nedbørintensitet 200% økning i overløpsvolum IPCC B2 scenario, 100 års returperiode, 1 time regnvarighet Nødvendig å nedskalere IPCC prognoser og analysere trender for å få bedre dimensjoneringsgrunnlag (internasjonalt samarbeide)

21 21 Investeringsbehov for urbane vannsystemer i Norge fram til 2030 (rapport fra Norsk Vann, 2013). Investeringsbehovet for vannbransjen i Norge fram mot 2030 er beregnet til 300 milliarder kroner for å møte befolkningsøkning, klimaendringer nye lover og regler (f eks vannrammedirektivet fra EU) og en bærekraftig fornyelse av ledningsnettene. Dette betyr 20 milliarder kroner pr år, som er 2x det vi omsetter for i dag. Pr innbygger betyr det 4000 kroner pr år

22 22 Kompetanse en viktig flaskehals Manglende arbeidskraft viktigste begrensing for å nå vannbransjens mål (investere 300 milliarder) Økende behov for avansert kompetanse siden problemanalyse og beslutningsbetingelser vil bli mer og mer komplekse Rekrutteringsbehov i 2015 (Norsk Vann): 30 Sivilingeniører 40 Ingeniører 220 Driftsoperatører

23 23 Hva gjør NTNU? Forskning Hvilken type informasjon er viktig for god forvaltningspraksis? Metoder for analyse av fremtidig fornyelsesbehov Vurderinger av dagens system for kostnadsdekning av nye avløpsprosjekter Innlekking på avløpsledninger Hydraulisk utforming av gatesluk Overvannshåndtering Studier av bærekraft Undervisning Grunnkurs, masterkurs, masteroppgaver og doktorkurs hvor ledningsfornyelse er viktige temaer Etterutdanningskurs i overvann og ledningsteknologi (over 350 deltakere)

24 24 NTNU undersøker teknologier for lokal separering av overvann: Risvollan hydrologiske feltstasjon i drift siden 1986 Sammenhengende tidsserie for nedbør og avrenning Grønne tak forskningsanlegg Risvollan Trondheim klimavariasjoner vinterdrift robusthet for planter, tilbakeholdelse av vann

25 25 Regnbed på Risvollan hydrologiske felt (NTNU) Effekt på fordrøyning og fjerning av forurensinger

26 26 Ledningsnettets metabolisme ressurstrømanalyse (materialer, kjemikaler og energi) og utslipp Mål for MM Enkel, transparent og effektiv måte å undersøke, forstå og støtte beslutninger fra et system metabolisme perspektiv Bruk av MM Taktisk (medium/lang tidshorisont) planlegging med en strategisk (lang tids) horisont Gjøre det mulig å fokusere på delsystemer med ulike detaljnivåer

27 27 Bærekraftig ledningsforvaltning Dimensjoner - Alegre 2011 Strategisk nivå the art of balancing performance, cost and risk in the long term. (Brown; Humphrey, 2005) Taktisk nivå Operasjonelt nivå Ingeniøvitenskap Organisasjon og ledelse Informasjon

28 28 Seks meldinger å ta med hjem 1. Arbeid mot bærekraftige systemer bør baseres på risikohåndtering og systemanalyser 2. Mål om årlig fornyelse relatert til prosent av nettverkets lengde er bare meningsfullt for storskala nivå (land) for å skape offentlig forståelse av investeringsbehov 3. En god forvaltning av ledningsnett krever systematisk innsamling av informasjon om egenskaper og feilhistorie 4. Valg av prosjekter og teknologi (taktisk og operasjonell planlegging) for fornyelse må baseres på konkret kunnskap fra databaser og tilstandsmålinger. Fornyelsesprosjekter bør baseres segmenter av ledningene istedenfor hele ledningsstrekninger. Minimal påvirkning av eksisterende infrastruktur er godt for folk og miljø. 5. Modeller for tilstandsberegning er nyttig for å utvide resultater fra tilstandsmåling og for å definere generelle fornyelsesbehov så vel som påvirkning på systemets bærekraft. 6. En kort nedbetalingstid for offentlige investeringer kan dempe betalingsvilligheten for nye fornyelsesprosjekter