NO20101556A1 - Fremgangsmate og system for a overvake og lokalisere inntrenging av fremmedvann i ledningsnett - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og system for å detektere hvor inntrengning av fremmedvann oppstår i et avløpsnett samt bestemme mengden av dette.

Description

Introduksjon

Den foreliggende oppfinnelsen omhandler deteksjon av fremmedvann i et ledningsnett. Nærmere bestemt omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte og et system for å detektere hvor inntrengning av fremmedvann oppstår i et avløpsnett samt mengden av dette.

Bakgrunn

Kommunene står som leverandør av produsert og renset vann og er ansvarlig for at brukt vann blir renset på en forsvarlig måte før det renner ut i naturen.

I et slikt "kretsløp" kommer fremmedvann inn. Dette kan være vann fra nedbør som kommer fra taknedløp, rister i veibanen eller vann som presser seg inn i ledningsnettet pga. utette ledninger og høyt grunnvann. Dette kalles gjerne for fremmedvann siden det kommer seg inn der hvor det primært ikke er tiltenkt å være.

Fremmedvannet vil komme som et tillegg til forbruksvann som må renses før det slippes ut i naturen, noe som vil føre til ekstrakostnader.

Et anslag på mengden av tilført fremmedvann i en kommune ligger på 50% eller mer enn det som kun ugjøres av forbruksvann. En kommune som er ansvarlig for rensingen av vannet må dermed legge til grunn og dimensjonere ledningsnett til å ha en overkapasitet på minst 50% for produsert vann på renseanlegget. Kostnadene forbundet med rensingen må også dimensjoneres for dette.

For å lette på det resulterende økte trykket i ledningsnettet grunnet tilførsel av fremmedvann er det ofte lagt til rette for at noe av dette vannet kan renne ut i nærmeste bekk, eller vassdrag. Dette er for tiden en lovlig løsning, men slike utslipp må rapporteres inn til Fylkesmannen med antatt volum som overløpet representerer samt i hvilket tidsrom utslippet vil foregå.

Det er i mange rapporter dokumentert at nedbøren i de nærmeste årene vil øke sammen med utbyggingstakten i tettbebygde områder. Mye av arealet blir dekket med asfalt som medfører at mye av oppsugingseffekten som naturlig finnes i naturen uteblir. Dette vil forsterke opphopning av vannmasser på gateplan, og vann fra taknedløp som tidligere rant ut i naturen ikke har denne muligheten på asfalt.

Mange av de eksisterende ledningsnettene i byer og større tettsteder er åpne renner hvor tilsig av fremmedvann er et problem.

Ideelt sett er den optimale er vannmengden som renner ned til renseanleggene samme mengde vann som forbrukere bruker, dvs. avløpsvannet som følger dedikerte avløpsrør.

Som det forstås er det behov for å kunne anslå mengden fremmedvann som kommer inn i ledningsnettet. Det er videre et behov for å kartlegge hvor fremmevann oppstår, slik at nødvendige tiltak kan settes inn.

Den foreliggende oppfinnelsen løser begge disse problemene ved en fremgangsmåte og et system for å overvåke og detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett samt å bestemme lokasjonen for inntrengningen.

Løsningen er selvgående ved at den ikke krever vedlikehold. Den inneholder ingen utsatte bevegelige deler, og er ikke sårbar for tilgrising. Den krever videre lite strøm ved normale forhold.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for å overvåke og detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett samt lokasjonen for inntrengningen, hvor fremgangsmåten er omfatter de følgende trinnene: - å tilveiebringe minst to selvdrevne sensorsystemer plassert på ulike lokasjoner i ledningsnettet som skal overvåkes, hvor hvert sensorsystem omfatter én statisk nivåsensor koblet til minst én trådløs signaloverføringsmodul; - å kalibrere de nevnte sensorsystemene med hensyn til normal strømningsmengde ved å måle hastighet og tverrsnitt til strømmende vann i ledningsnettet; - å registrere over tid hvor lenge vannet er i kontakt med nevnte statiske nivåsensor(er) og samle inn disse dataene via nevnte trådløse signaloverføringsmoduler for å etablere trendanalyser for økt vannmengde samt lokasjon(er) for dette, og - å beregne mengden fremmedvann som trenger inn i ledningsnettet basert på normal strømningsmengde og tiden som vannet er i kontakt med nevnte nivåsensor(er).

Oppfinnelsen omfatter også et system med midler for å overvåke og detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett samt lokasjonen for inntrengningen.

De vedlagte selvstendige kravene definerer beskyttelsesomfanget til oppfinnelsen, mens tilhørende uselvstendige krav definerer ytterligere utførelser.

Detaljert beskrivelse

Hensikten med den foreliggende oppfinnelsen er som nevnt å overvåke og detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett. Hvordan dette løses beskrives i det følgende i detalj med henvisning til de vedlagte figurene, hvor: Figur 1 viser hvilken belastning et avløpsnett utsettes for; Figur 2 viser et eksempel på utplasserte selvdrevne sensorsystemer; Figur 3 viser flere statiske nivåsensorer plassert i forbindelse med avløpsnettet som skal overvåkes, og Figur 4 viser et eksempel på trendanalyse med akkumulert tid hvor vannet i avløpsnettet er over 50% over normal vannstand. Figur 1 viser hvilken belastning et avløpsnett utsettes for. Ideelt sett skulle belastningen på et avløpsnett være forårsaket av kloakk og forbruksvann. I praksis er det imidlertid slik at overflatevann og vann fra f.eks. taknedløp også kommer inn i avløpsnettet. Grunnet utette avløpsledninger vil også grunnvannsinnpress bidra til økt vannmengde i avløpsrør. Til tider vil videre uhell og ukontrollerte industriutslipp også bidra til økt vannmengde som må renses.

Den oppfinneriske fremgangsmåten for å overvåke og detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett samt det å bestemme lokasjonen for inntrengningen omfatter flere trinn.

Det første trinnet er å tilveiebringe minst to selvdrevne sensorsystemer plassert på ulike lokasjoner i ledningsnettet som skal overvåkes.

Figur 2 viser et eksempel på et flertall utplasserte selvdrevne sensorsystemer i traseen til en avløpsledning. Ved å sette inn slike på ulike fra hverandre plasserte lokasjoner i ledningsnettet har man et godt utgangspunkt for å etablere trendanalyser, og å finne årsaken til økt vannmengde på bestemte steder i nettet. I figuren vises seks kryss som indikerer hvert sitt utplasserte selvstendige sensorsystem. Tidligere erfaringsgrunnlag for økt vannstand og oversvømmelse av kummer etc. vil kunne danne et bilde av hvor hvert sensorsystem bør utplasseres.

Hvert sensorsystem omfatter én statisk nivåsensor koblet til minst én trådløs signaloverføringsmodul. En statisk nivåsensor kan i en utførelse være en elektrodestav, mens den trådløse signaloverføringsmodulen kan være en batteridrevet GSM modul. En slik løsning vil ikke være sårbar for tilgrising, og vil ved normalvannstand plasseres slik at elektrodene ikke kommer i kontakt med vannet.

Figur 3 viser flere statiske nivåsensorer plassert over avløpsnettet som skal overvåkes. I dette eksempelet er to nivåsensorer plassert ca. 50% over normal vannstand, mens én er plassert ca. 100% over normal vannstand. Hva som er normal vannstand vil variere, og vil avhenge av installasjon og lokasjon. Tilsig fra nedbørsnedslagsfelt og antall tilkoblingspunkter vil ha betydning. Slike parametre er utgangspunkt for å anslå middels vannføring i en ledningstreng, dvs. normal vannføring med gitt hastighet og høyde, sistnevnte bestemt fra tverrsnitt til vannet i et rør med gitt dimensjon.

Oppfinnelsen skal imidlertid ikke forstås å være avgrenset til disse høydene og antallet nivåsensorer brukt i hvert selvdrevne sensorsystemer som er plassert på ulike lokasjoner langs traseen til en avløpsledning som skal overvåkes. Hvilke høyder som velges vil være avhengig av erfaringsdata for vannstand og ønsket nøyaktighet på overvåkingen. Høydene som velges må imidlertid være lik for alle målepunkter som skal instrumenteres opp i overvåkingen av det samme avløpsnettet.

Når systemet settes opp blir det kalibrert med hensyn til normal strømningsmengde. Dette blir gjort ved å måle hastighet og tverrsnitt til strømmende vann ved normal vannstand i ledningsnettet.

Vannstanden i et avløpsnett vil som tidligere forklart variere avhengig av lekkasjer nedbørsmengder utslipp etc. Når systemet er operativt blir det registrert over tid hvor lenge avløpsvannet eventuelt er i kontakt med nevnte statiske nivåsensor(er) og disse dataene blir via nevnte trådløse signaloverføringsmoduler overført til en sentral enhet som etablerer trendanalyser for økte vannmengder samt lokasjon(er) for dette.

I den sentrale enheten hvor overvåkning og beregning foregår er parametere for vannhastighet og tverrsnitt ved normale forhold registrert.

Disse parametrene blir brukt for å beregne mengden fremmedvann som trenger inn i ledningsnettet basert på normal strømningsmengde og hvor lang tid som vannet er i kontakt med nevnte nivåsensor(er), dvs. tiden som vannet er over en satt normalnivå.

Figur 4 viser et eksempel på fremvisning av trendanalyser for inntrengt fremmedvann. En sluttbruker av systemet, for eksempel teknisk etat i en kommune, vil få presentert dato og tid for høy vannstand, dvs. hvor lang tid som vannet er i kontakt med én eller flere nivåsensorer (plassert på ulike nivåer over normal vannstand på lokasjonen hvor de er plassert), samt hvilke sensorsystemer dette er, dvs. lokasjonen hvor den høye vannstanden opptrer. I det viste eksempelet sees trendanalyse med akkumulert tid hvor ledningsnettet er over 50% over normal vannstand. I figuren sees data for ulike selvdrevne sensorsystemer (IK-368, IK-363, IK-377 etc. ) som er plassert på ulike lokasjoner langs traseen til avløp som skal overvåkes. Når vannstanden på én eller flere lokasjoner stiger til en forhåndsbestemt høyde over normalnivå vil de statiske nivåsensorene registrere dette, og data om hvilket sensorsystem (dvs. lokasjon), klokkeslett (tidsrom) vil da, via en trådløs signaloverføringsmodul (f.eks. GSM), sendes til en sentral enhet som samler inn data fra alle aktuelle sensorsystemer for å danne et komplett bilde av inntrengt fremmedvann i et avløpsnett. Hvert sensorsystem kan i tillegg sende statusinfo om batterinivå, feil etc.

Den eksempelvise oversikten i figur 4 gir nyttig informasjon når det gjelder hvor og når vannstanden er over en normalverdi. Fra dette kan en beregne mengden med fremmedvann som må behandles før det slippes ut i naturen, og ikke minst hvor fremmedvannet kommer inn. Sistnevnte vil avdekke lekkasjer i avløpsrør, ulovlig utslipp etc.

I beskrivelsen ovenfor er det beskrevet hvilke trinn som inngår i fremgangsmåten for å overvåke og detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett.

For å kunne utføre denne fremgangsmåten omfatter også den foreliggende oppfinnelsen et system med midler for å overvåke og detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett samt lokasjonen for inntrengningen.

System omfatter minst to selvdrevne sensorsystemer plassert på ulike lokasjoner i ledningsnettet som skal overvåkes, hvor hvert sensorsystem omfatter én statisk nivåsensor koblet til minst én trådløs signaloverføringsmodul.

Systemet omfatter videre midler for å kalibrere de nevnte sensorsystemene med hensyn til normal strømningsmengde ved å måle hastighet og tverrsnitt til strømmende vann i ledningsnettet.

Systemet omfatter videre midler for å registrere over tid hvor lenge vannet er i kontakt med nevnte statiske nivåsensor(er), midler for å samle inn disse dataene via nevnte trådløse signaloverføringsmoduler i en sentral enhet for å etablere trendanalyser for økt vannmengde samt lokasjon(er) for dette.

Systemet omfatter også midler i nevnte sentrale enhet for å beregne mengden fremmedvann som trenger inn i ledningsnettet basert på normal strømningsmengde og tiden som vannet er i kontakt med nevnte nivåsensor(er).

Ytterligere trekk ved systemet er beskrevet i de uselvstendige systemkravene.

Som nevnt kan det være ulike årsaker til at fremmedvann trenger seg inn i et ledningsnett. Uansett årsak er det ønskelig å minimere tilført fremmedvann i et ledningsnett siden det bla. øker kostnader forbundet med påbudt rensing av avløpsvann i ledningsnettet. For å minimere tilført fremmedvann bidrar den foreliggende oppfinnelsen med et nyttig verktøy.

Ved å tilveiebringe en fremgangsmåte og system for å detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett samt bestemme lokasjonen for inntrengningen vil en kunne avdekke hvor uønsket overflatevann kommer i ledningsnettet, for eksempel forårsaket av lekkasjer, uautorisert påkobling av taknedløp etc. Nødvendige og målrettede tiltak kan dermed iverksettes.

Ut i fra trendene på vannstand i ledningsnettet vil man få et underlag som vil vise hvor en bør sette inn resurser for å redusere inntrengning av fremmedvann, og videre hvor stor andel fremmedvann til enhver tid utgjør i et avløpsnett. Dette er et viktig verktøy for bl.a. kommuner som er ansvarlig for at avløpsvann blir renset på en forsvarlig måte før det renner ut igjen i naturen.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for å overvåke og detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett samt lokasjonen for inntrengningen, hvor fremgangsmåten erkarakterisert vedde følgende trinnene: - å tilveiebringe minst to selvdrevne sensorsystemer plassert på ulike lokasjoner i ledningsnettet som skal overvåkes, hvor hvert sensorsystem omfatter en statisk nivåsensor koblet til en trådløs signaloverføringsmodul; - å kalibrere de nevnte sensorsystemene med hensyn til normal strømningsmengde ved å måle hastighet og tverrsnitt til strømmende vann i ledningsnettet; - å registrere over tid hvor lenge vannet er i kontakt med nevnte statiske nivåsensor(er) og samle inn disse dataene via nevnte trådløse signaloverføringsmoduler til en sentral enhet for å etablere trendanalyser for økt vannmengde samt lokasjon(er) for dette, og - å beregne i nevnte sentrale enhet mengden fremmedvann som trenger inn i ledningsnettet basert på normal strømningsmengde og tiden som vannet er i kontakt med nevnte nivåsensor(er).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat de trådløse signaloverføringsmodulene som tilveiebringes er GSM moduler.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat den statiske nivåsensoren omfatter minst én elektrodestav som plasseres på forhåndsbestemte) høyde(er) over normal vannstand der hvor elektrodestavene er plassert.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3,karakterisert vedat minst én elektrodestav plasseres på en høyde som kan være ca. 50% over normal vannstand der hvor elektrodestavene er plassert, mens en andre elektrodestav plasseres på en høyde som kan være ca. 25% over nevnte første høyde.

5. System for å overvåke og detektere inntrengning av fremmedvann i et avløpsnett samt lokasjonen for inntrengningen, hvor systemet erkarakterisert veddet omfatter: - minst to selvdrevne sensorsystemer plassert på ulike lokasjoner i ledningsnettet som skal overvåkes, hvor hvert sensorsystem omfatter en statisk nivåsensor koblet til minst én trådløs signaloverføringsmodul; - midler for å kalibrere de nevnte sensorsystemene med hensyn til normal strømningsmengde ved å måle hastighet og tverrsnitt til strømmende vann i ledningsnettet; - midler for å registrere over tid hvor lenge vannet er i kontakt med nevnte statiske nivåsensor(er), midler for å samle inn disse dataene via nevnte trådløse signaloverføringsmoduler i en sentral for å etablere trendanalyser for økt vannmengde samt lokasjon(er) for dette, og - midler i nevnte sentrale enhet for å beregne mengden fremmedvann som trenger inn i ledningsnettet basert på normal strømningsmengde og tiden som vannet er i kontakt med nevnte nivåsensor(er).

6. System i henhold til krav 5,karakterisert vedat de trådløse signaloverføringsmodulene er GSM moduler.

7. System i henhold til krav 5,karakterisert vedat den statiske nivåsensoren omfatter minst én elektrodestav plassert på forhåndsbestemt(e) høyde(er) over normal vannstand der hvor elektrodestavene er plassert.

8. System i henhold til krav 7,karakterisert vedat minst én elektrodestav er plassert på en høyde som kan være ca. 50% over normal vannstand der hvor elektrodestavene er plassert, mens en andre elektrodestav er plassert på en høyde som er ca. 25% over nevnte første høyde.