Diljem sjevera Sjedinjenih Država i Kanade, vlasnici kuća provjeravaju svoje puhalice za snijeg, skladište drvo za ogrjev i odvode cijevi na otvorenom u pripremi za hladno vrijeme. Za općine, premda zimi vodootporni vodovodi nisu tako jednostavni - cijevi putuju dugim prugama pod zemljom, a u ovo doba godine smrznuta zemlja i temperaturne razlike uzrokuju da pukotine nastanu u punoj pukotini, često s katastrofalnim rezultatima.
S vremena na vrijeme vidite članke o vrtačama i probijanju glavnih voda, ali problem je zapravo daleko rašireniji, podmukli i utjecajniji od neobične jazbe u gradskoj ulici.
Američko udruženje građevinskih inženjera procjenjuje u svojoj Izvještaj o infrastrukturi za 2017. godinu da se u SAD-u godišnje dogodi 240 000 glavnih vodenih slomova, pri čemu izlazi 2 trilijuna litara pročišćene pitke vode. To znači da se 14 do 18 posto vode koja se tretira svaki dan izgubi, dovoljno da opsluži 15 milijuna domova. I pogoršava se; studija iz 2018. sa Državnog sveučilišta Utah otkrila je da su puknuće cijevi u SAD-u i Kanadi u posljednjih šest godina porasle 27 posto. Nadalje, računi za vodu koje plaćaju kupci nisu dovoljni za financiranje vodene infrastrukture, a Američko udruženje za vodene radove procjenjuje cijenu od 1 bilijuna dolara da je popravi. U mnogim zemljama u razvoju problem je još gori; konzervativna procjena Svjetske banke sugerira da se 35 posto vode stavljene u distribucijske sustave može izgubiti u 44 zemlje koje su pregledale. U svijetu se godišnje izgubi oko 14 milijardi dolara.
Protutenzivno, mala curenja (manja od 10 galona u minuti) ne nazivaju se istjecanjem i ne ubrajaju se u ASCE-ov broj od 240 000. Ove manje pukotine koje se teško pronalaze nazivaju se "potencijalnim istjecanjem" - da bi se mogla nazvati propuštanje, pukotina mora ispuštati dovoljno vode da se dobro vidi iz zemlje. Ali potencijalni propuštanja postaju curenja, a curenja postaju puknuća, a milijuni litara (i dolara) prodiraju ili sipaju u zemlju.
Što grad raditi?
Najbolje prakse prema American Water Works Association počinju s revizijom vode, izračunavanjem količine vode koja bi prošla kroz idealno učinkovit sustav i uspoređujući ga s količinom koju potrošači zapravo koriste, poznatom kao "voda s prihodima".
"Vodna učinkovitost je prilično dobro razvijen segment industrije, gdje gledate kako pokušavate nadzirati rad vašeg sustava s obzirom na prihode i vodu bez prihoda", kaže Dennis Mutti, predsjednik C3 Water, koji djeluje s općinama na jugozapadu Ontarioa planiraju i optimiziraju vodne sustave, uključujući pitku i otpadnu vodu.
Rezultat te revizije daje gradovima predodžbu o tome koliko vode se gubi. Da bi to ublažili, često zapošljavaju izvođače kako bi provjerili curenja. Uobičajeno, otkrivanje istjecanja uključuje čekanje na te vidljive dokaze ili sustavno provjeravanje cijelih sustava, otvaranje hidranata ili iskopavanje cijevi kako bi se na njih postavili slušni senzori u nadi da će čuti curenje.
Stotine milja udaljeno, dva različita izumitelja probijaju se na sve manjim propuštanjima na dva vrlo različita načina. Jedan je slušanje, pažljivo i uz pomoć umjetne inteligencije, za suptilne promjene u zvuku tekuće vode; drugi koristi mekani robot da pažljivo osjeti nježni tegljač napravljen diferencijalnom tlakom malenog curenja. Svaka se udružila s različitim općinama, a svaka ima namjeru spasiti neki dio tih milijuna litara od bijega u zemlju.
Kad bi You Wu odrastao u Šangaju, jednom tjedno četvrtkom, njegovo bi susjedstvo građanima isključivalo vodu kao način očuvanja i sprečavanja nestašice vode. "Isključili su vodu u mojoj zajednici, što pogađa možda četvrtinu ljudi na pola milijuna ljudi", kaže Wu, koji se preselio u SAD 2008. i pohađao MIT. „Osjećao sam se kao da smo sjajni građani, pomagali smo gradu u očuvanju vode. Kad sam došao na MIT, shvatio sam, pričekaj malo, štedimo vodu, ali istodobno je 20 do 30 posto čiste vode izgubilo curenje u istom sustavu. "
Počeo se brkati sa senzorima, pitajući se postoji li bolji način da pronađu propuste prije nego što se počnu dovoljno loše čuti - ili kao što to rade neki gradovi, čekajući da se cijevi potpuno otvore. Preko šest godina radio je na projektu, osnovajući tvrtku, Watchtower Robotics, nakon diplome. Ta tvrtka tek započinje s pilot-programima za implementaciju trećeg prototipa Wu-a, mekog robota u obliku ptičje boje badmina zvanog Lighthouse koji klizi kroz cijevi s protokom vode. Dok putuje, fleksibilni senzori prate skup leptira na dnu robota zbog sitnih tegljača koji se događaju dok prolaze razlike tlaka formirane curenjem. Na kraju iskoči nizvodni požarni hidrant, a operateri koriste podatke da izračunaju gdje bi moglo biti curenja. Za ovaj postupak Wu je dobio 10 patenata, a njegova tvrtka ih licencira od MIT-a. Uređaj može otkriti pukotinu od samo 1 galona u minuti
Dok putuje Svjetionik, fleksibilni senzori nadziru skup leptira na dnu robota zbog sitnih tegljača koji se događaju dok prolaze razlike tlaka formirane curenjem. (Ljubaznošću istraživača) Na zaleđenom sjeveru - Waterloo, Ontario - skupina istraživača modificira tradicionalniju metodu, slušajući istjecanja uz pomoć umjetne inteligencije. Kao i Watchtower Robotics, cilj je prepoznati sve manje propuštanja. One su premalene da bi se otkrile kroz promjene tlaka i teško ih je razaznati od pozadinske buke, kojih ima puno kada pumpate gomilu vode kroz cijevi. U stvari, nije sasvim precizno reći da uopće slušaju. Njihov uređaj, opisan u nedavnom članku u časopisu Urban Water Journal, potonuo je u vodu ispod vatrenog hidranta i koristi hidrofonske senzore za nadziranje vibracija u vodi za sve što je neobično. Putem postupka zvanog analiza spektra signala, AI matematički dekonstruira signal na komponente i uspoređuje ih s nepropusnim vibracijama.
"Ako pogledate sirovi ili čitav signal, ne možete vrlo lako razlikovati [nepropusne i nepropusne zvukove]", kaže Roya Cody, student doktorata sa Sveučilišta Waterloo koji je autor članka Urban Water Journal . "Ali ako pogledate potkomponente, slučajevi curenja i ambijenti izgledaju vrlo različito."
Za osposobljavanje ovog AI-a, tj. Da mu postavi osnov za scenarije propuštanja i nepropusnosti s kojima se mogu usporediti - istraživači su izgradili mrežu PVC cijevi promjera 6 inča u svom laboratoriju, zajedno s T-spojnicama, protupožarnim hidrantom i simulirali su curenja smještena na različitim udaljenostima od hidrofona. Spojili su ga izravno s gradskim vodovodnim sustavom Waterloo, koji radi na 50 funti po kvadratnom inču.
Rezultat je sustav koji se može trajno implementirati, raditi u pozadini i nuditi upozorenja kada je cijev ugrožena; hidrofoni u hidrantima ostaju tamo i djeluju stalno, umjesto da ih treba postavljati i raditi u potrazi za propuštanjem.
Uspoređujući svog robota s Waterlooovim AI, Wu ističe važne različite slučajeve upotrebe tehnologije. U urbanom sustavu, gustoća cijevi i složena mreža pridaju se uređajima za slušanje, posebno uz pomoć računalne inteligencije, koja može pomoći u analiziranju podataka, a ne oslanjanju samo na obučene tehničare. Ali za pomicanje predgrađa ili ruralnih područja, za duge dionice cijevi - ponekad i samo nekoliko kuća preko kilometra cjevovoda - trebat će previše hidrofona da bi bili praktični. Njegov robot sjaji ovdje; samo ga ispustite u hidrant i pokupite ga, kilometrima niz liniju.
Nagrada James Dyson imenovala je Svjetionik svojim američkim nacionalnim pobjednikom 2018. (Dyson Awards) Izumitelji sada sudjeluju u suđenjima i partnerstvima kako bi birali svoje proizvode i pripremili ih za tržište. Mutti je industrijski partner Sveučilištu u Waterloou i pomogao je tom laboratoriju da dobije strateško odobrenje od Kanadskog vijeća za prirodne znanosti i inženjering za daljnji razvoj tehnologije i testiranje u Guelphu, Ontario. U međuvremenu, kompanija Towertower Robotics nedavno je završila svoj prvi pilot projekt u Corydonu, Indiana, a planira još dva u Bostonu i San Antoniju. Uspjeh bilo koje tvrtke značit će manje katastrofalnih lomova i manje ljudi koji kopaju cijevi.
"Na kraju dana, svaki od tih preloma koji se događaju odvodi stvarne ljude, često u vrlo neugodnim uvjetima, da izađu, iskopaju, izvrše popravak, obično u vrlo kratkom redu", kaže Mutti. "Što više stvari možemo učiniti da to olakšamo i pružimo im bolje alate za to, to je od velike koristi ne samo ljudima koji plaćaju račun za vodu, već i društvu općenito."
