W obliczu coraz bardziej skomplikowanych wyzwań związanych ze zmianami klimatycznymi, koniecznym staje się rozwój innowacyjnych systemów retencji wody, szczególnie w miejskich sieciach kanalizacjach. Systemy retencji i sterowania przepływem, często integrujące zaawansowane technologie, nie tylko zmniejszają ryzyko powodzi miejskich, ale również wpisują się w kontekst zrównoważonego rozwoju poprzez efektywne zarządzanie przepływem wód i ścieków.

W niniejszym artykule przyjrzymy się roli oraz skuteczności takich rozwiązań, a także technologiom stosowanym do sterowania przepływem wody i ścieków w obszarze miejskim.

Skomplikowane Wyzwania Wodne Współczesnych Miast

Zmiany klimatyczne przyczyniają się do wzrostu intensywności opadów deszczu. Ma to szczególne znaczenie dla obszarów zurbanizowanych gdzie duże powierzchnie uszczelnione powodują przeciążenie systemu a sieci kanalizacyjne często nie są w stanie skutecznie obsłużyć gwałtownych napływów wód opadowych co prowadzić może do powodzi miejskich. Aby przeciwdziałać tym problemom, coraz więcej miast decyduje się na implementację systemów retencji wody. Często jednak budowa klasycznych zbiorników retencyjnych jest bardzo trudna lub wręcz niemożliwa. Brak miejsca, skomplikowane uzgodnienia i długotrwałe formalności, zabytkowa zabudowa to tylko niektóre przyczyny takiej sytuacji. Aby rozwiązać ten problem konieczne jest nowe podejście.

Rozwiązaniem dla znacznej części takich problemów może być wykorzystanie pojemności retencyjnej systemu kanalizacji poprzez sterowanie przepływem przy pomocy urządzeń wykonawczych instalowanych w istniejącej infrastrukturze, takich jak zastawki kanałowe i ruchome krawędzie przelewowe oraz zaawansowane oprogramowanie wyposażone w inteligentne algorytmy oparte o symulacje w czasie rzeczywistym czy sztuczną inteligencję.

Sterowanie Przepływem w Czasie Rzeczywistym: Ochrona Przed Powodziami i Optymalizacja Zasobów

Systemy sterowania przepływem w czasie rzeczywistym (RTC – Real Time Control) oparte o innowacyjne urządzenia wykonawcze i inteligentne oprogramowanie sterujące rozwija krakowska firma RetenTech. Autorski system RetenNet oparty jest o opatentowane, zdalnie sterowane zastawki kanałowe RetenWell i ruchome krawędzie przelewowe RetenWeir. Celem działania systemu jest czasowe zatrzymanie przepływu wód opadowych w sieci kanalizacyjnej tak by wykorzystać jej pojemność retencyjną zlewni, nie dopuścić do przepełnienia i wylań z kolektorów głównych oraz niepotrzebnego uruchomienia przelewów burzowych.

System informatyczny zarządzający umieszczonymi w sieci kanalizacyjnej zastawkami kanałowymi i krawędziami przelewowymi analizuje na bieżąco stan wypełnienia kolektorów, warunki pogodowe i może autonomicznie podejmować decyzje o otwarciu bądź zamknięciu poszczególnych urządzeń wykonawczych. Dzięki temu fale wezbraniowe w kanalizacji kierowane są w taki sposób by nie nastąpiło przepełnienie i wylanie z kolektorów głównych.  Przy pomocy symulacji hydrodynamicznych RetenTech potwierdził, że dzięki zastosowaniu jego zastawek kanałowych, maksymalne przepływy w kolektorach głównych mogą być o 30% niższe co wydatnie przekłada się na zmniejszenie prawdopodobieństwa występowania powodzi miejskich.

Bardzo ważną cechą opisanego wyżej systemu jest fakt, że urządzenia RetenTechu mogą być instalowane w istniejącej infrastrukturze tj. komorach i studzienkach kanalizacyjnych. Oparte są o siłowniki pneumatyczne, do zasilania których stosowane są butle wysokiego ciśnienia. Do zasilania automatyki i systemu komunikacji wykorzystywane są ogniwa fotowoltaiczne i akumulatory energii elektrycznej. Dzięki temu są w pełni autonomiczne. Dodatkowo ich instalacja nie wymaga pozyskiwania zezwoleń na budowę, i może być zrealizowana znacznie szybciej niż tradycyjne systemy retencji. Dzięki temu, co szczególnie ważne jest w miastach, oszczędzamy przestrzeń niezbędną do zrealizowania inwestycji, a dzięki mniejszej ilości biurokracji wdrożenia systemów sterowania przepływem i retencją może być znacznie szybsze co jest ogromną wartością w obliczu wyzwań przed jakimi stoją zarządcy sieci kanalizacyjnej w dobie zmian klimatu.

Technologie Wspierające Sterowanie Przepływem Wód i Ścieków

Efektywne zarządzanie przepływem wód i ścieków wymaga zaawansowanych technologii. W systemach retencji wody często wykorzystuje się inteligentne algorytmy sterowania, oparte na analizie danych meteorologicznych i parametrów sieci kanalizacyjnej. Algorytmy te umożliwiają szybką reakcję na zmiany warunków atmosferycznych i skuteczne sterowanie przepływem wody. Wykorzystują one symulacje hydrodynamiczne prowadzone w czasie rzeczywistym oraz coraz częściej algorytmy sztucznej inteligencji.

W zakresie komunikacji z urządzeniami wykonawczymi duże znaczenie mają nowe technologie komunikacji bezprzewodowej (np. LoRaWAN) oraz systemy popularnie zwane Internet of Thihngs (IoT), które dzięki bezpiecznej infrastrukturze informatycznej działającej w chmurze mogą być łatwo i bardzo bezpiecznie implementowane w instalacjach przemysłowych.

Dodatkowo, nowoczesne systemy często korzystają z energooszczędnych źródeł opartych o ogniwa fotowoltaiczne co sprawia że systemy są bardziej zrównoważone i redukuje ich zależność od tradycyjnych źródeł energii.

Korzyści dla Środowiska i Eksploatatorów

Implementacja zaawansowanych systemów sterowania przepływem i retencji wody przynosi szereg korzyści. Po pierwsze, istotnie zmniejsza ryzyko powodzi w miastach, poprawiając bezpieczeństwo mieszkańców oraz infrastruktury miejskiej. Po drugie, umożliwia bardziej efektywne wykorzystanie zasobów wodnych, co jest zgodne z zasadami zrównoważonego rozwoju, sprzyja integracji z błękitno-zieloną infrastrukturą i umożliwia realizację inwestycji w miejscach gdzie realizacja klasycznej infrastruktury retencyjnej. Ponadto, ograniczenie ilości nieoczyszczonych wód trafiających rzek przyczynia się do ochrony środowiska naturalnego. Mniej substancji zanieczyszczających trafia do wód powierzchniowych, co wspiera ekosystemy wodne.

Podsumowanie: Nowoczesne Podejście do Zarządzania Wodami Miejskimi

W obliczu rosnących wyzwań związanych ze zmianami klimatycznymi, systemy retencji i sterowania przepływem będą kluczowym elementem zrównoważonego zarządzania zasobami wodnymi w miastach. Zaawansowane technologie sterowania przepływem wód i ścieków pozwalają na efektywne reagowanie na dynamiczne warunki atmosferyczne, co przekłada się na poprawę bezpieczeństwa i ochrony środowiska. W miarę dalszego rozwoju tych systemów można spodziewać się jeszcze bardziej skutecznego i zrównoważonego zarządzania wodami opadowymi, coraz większą integrację z systemami zdalnego dostępu i zastosowanie innowacyjnych urządzeń oraz przede wszystkim rozwój coraz bardziej wyrafinowanych algorytmów sterujących systemami kanalizacji w czasie rzeczywistym.