Ameerika Ühendriikide põhjaosas ja Kanadas kontrollivad majaomanikud külma ilmaga ettevalmistamisel lumepuhureid, varutavad küttepuid ja tühjendavad välistorusid. Valdade jaoks pole talvekindel veetorustik siiski nii lihtne - torud kulgevad pikalt maa alla ning sel aastaajal põhjustavad külmunud pinnase ja temperatuuri erinevused peeneid pragusid täieõiguslikeks leketeks, sageli katastroofiliste tulemustega.
Näete aeg-ajalt uudiseid artiklites kraanikaevude ja veetorude katkestuste kohta, kuid tegelikult on probleem palju laiem, salakavalam ja mõjuvam kui linnatänava veider kuristik.
Ameerika tsiviilehitusinseneride ühing hindab oma 2017. aasta infrastruktuuriaruandekaardis, et USA-s toimub igal aastal 240 000 veetorustiku peamist purunemist, millest 2 triljonit gallonit töödeldud joogivett pääseb. See tähendab, et päevas kaotatakse 14–18 protsenti veest puhastatud veest, mis on piisav 15 miljoni kodu teenimiseks. Ja see halveneb; Utah State University 2018. aasta uuringus leiti, et torude purunemised USA-s ja Kanadas on viimase kuue aasta jooksul kasvanud 27 protsenti. Lisaks ei ole klientide makstud veearved veeinfrastruktuuri rahastamiseks piisavad ja Ameerika veetööstuste liidu hinnangul on selle parandamiseks 1 triljoni dollari suurune hinnasilt. Paljudes arenguriikides on probleem hullem; Maailmapanga konservatiivse hinnangu kohaselt võib 44 uuritud riigis kaotsi minna 35 protsenti jaotusvõrkudesse pandud veest. Aastas kaotatakse kogu maailmas umbes 14 miljardit dollarit.
Vastupidiselt sellele, väikesi lekkeid (vähem kui 10 gallonit minutis) ei nimetata isegi leketeks ega arvestata ASCE-i arvu 240 000-ga. Neid väiksemaid, raskesti leitavaid pragusid nimetatakse potentsiaalseteks leketeks - lekkeks nimetamiseks peab pragu vabastama piisavalt vett, et see hästi maapinnast üles tõuseks. Kuid potentsiaalsed lekked muutuvad leketeks ja lekked muutuvad paisudeks ning miljonid gallonid (ja dollarid) immitsevad või maapinnale valavad.
Mis linna teha?
Ameerika veetehase ühingu parimad tavad algavad veeauditiga, arvutades ideaalselt tõhusa süsteemi kaudu liikuva veekoguse ja võrdledes seda tarbitava tarbitava veega kogusega, mida nimetatakse tuluveeks.
"Veetõhusus on üsna hästi arenenud tööstusharu segment, kus proovite jälgida oma süsteemi jõudlust nii tulu- kui ka mittetulundusvee osas, " ütleb Dennis Mutti, C3 Wateri töötav president. koos Ontario edelaosa omavalitsustega kavandada ja optimeerida veesüsteeme, sealhulgas joogivett ja reovett.
Selle auditi tulemus annab linnadele aimu, kui palju vett on kadunud. Selle leevendamiseks palkavad nad lekke otsimiseks sageli töövõtjaid. Tavaliselt hõlmab lekke tuvastamine selle nähtava tõendusmaterjali ootamist või kogu süsteemi süstemaatilist kontrollimist, hüdrantide avamist või torude kaevamist, et lekke kuulmise korral neile kuulmisandurid asetada.
Sadade miili kaugusel asuvad kaks erinevat leiutajat järjest väiksemate lekete korral kahel väga erineval viisil. Üks kuulab hoolikalt ja tehisintellekti abil voolava vee helide peeneid muutusi; teine kasutab pehmet robotit, et hoolikalt tunda pisikese lekke surveerinevuse põhjustatud õrnat vedurit. Mõlemad on teinud koostööd erinevate omavalitsustega ja kõik kavatsevad päästa osa nendest miljonitest gallonitest maapinnast põgenemisega.
Kui teie Wu Shanghais üles kasvas, lülitaks kord nädalas neljapäeviti tema naabruskond oma kodanike jaoks vett, et kaitsta veepuudust. "Nad sulgesid vee minu kogukonnale, mis mõjutab võib-olla veerand miljonit inimest poole miljoni inimeseni, " ütleb Wu, kes kolis USA-sse 2008. aastal ja käis MIT-is. “Tundsin, et oleme suured kodanikud, aitasime linnal vett kokku hoida. Kui tulin MIT-i, mõistsin, oodake üks hetk, et me säästame vett, kuid samal ajal kadus samas süsteemis lekete tõttu 20–30 protsenti puhtast veest. ”
Ta hakkas anduritega segama, mõtlesin, kas on parem viis lekete leidmiseks enne, kui need on kuulmiseks piisavalt halvad - või nagu mõned linnad teevad, oodates, kuni torud täielikult lahti saavad. Kuue aasta jooksul töötas ta selle projekti kallal, asutades pärast kooli lõpetamist ettevõtte Vaatetornide robootika. See ettevõte on just alustamas pilootprogramme Wu kolmanda prototüübi - sulgpalli linnustikukujulise pehme roboti - tuletorn - juurutamiseks, mis libiseb torude kaudu veevooluga. Liikudes jälgivad painduvad andurid roboti põhjas olevat klapi komplekti pisikeste puksiiride jaoks, mis juhtuvad, kui see läbib lekkest tekkinud rõhkude erinevusi. Lõpuks hüppab see allavoolu tuletõrjehüdrandist välja ja operaatorid kasutavad andmeid lekke arvutamiseks. Selle protsessi jaoks on Wu saanud 10 patenti ja tema ettevõte litsentsib neid MIT-ilt. Seade suudab tuvastada nii väikese lekke kui 1 gallon minutis
Tuletorni sõites jälgivad painduvad andurid roboti põhjas olevat klapi komplekti pisikeste puksiiride jaoks, mis juhtuvad, kui see läbib lekkest tekkinud rõhkude erinevusi. (Teadlaste viisakus) Külmunud põhjas - Ontarios Waterloos - modifitseerib rühm teadlasi traditsioonilisemat meetodit, kuulates lekkeid tehisintellekti abil. Nagu Vaatetornide robootika, on eesmärk tuvastada üha väiksemad lekked. Need on liiga väikesed, et rõhu muutusi tuvastada, ja raskesti eristatavad taustmürast, mida on palju, kui pumbata hunnik vett torude kaudu. Tegelikult pole täiesti täpne öelda, et nad üldse kuulavad. Nende seade, mida kirjeldati hiljutises ajakirjas Urban Water Journal, on uppunud vette tuletõrjehüdrandi all ja kasutab hüdrofoonilisi andureid vees esinevate vibratsioonide jälgimiseks kõigele, mis pole tavaline. Protsessis, mida nimetatakse signaalispektrianalüüsiks, dekonstrueerib AI signaali matemaatiliselt komponentideks ja võrdleb neid mittelekivate vibratsioonidega.
"Kui vaadata tooreid või terveid signaale, ei saa te [lekkivaid ja mittelekutavaid helisid] väga hõlpsalt vahet teha, " ütleb Roya Cody, Waterloo ülikooli doktorant, kes on kirjutanud Urban Water Journali artikli. "Aga kui vaadata alakomponente, näevad lekked ja ümbritsevad olukorrad väga erinevad välja."
Selle AI koolitamiseks - st selleks, et anda sellele lähtepunkt lekitavate ja mittelekkivide stsenaariumide jaoks, millega võrrelda - ehitasid teadlased oma laborisse 6-tollise läbimõõduga PVC torude võrgu, koos T-ristmikega, tuletõrjehüdrandiga. ja simuleeritud lekkeid, mis asuvad hüdrofonist erinevatel kaugustel. Nad ühendasid selle otse Waterloo munitsipaalveesüsteemiga, mille kiirus on 50 naela ruuttolli kohta.
Tulemuseks on süsteem, mida saab püsivalt rakendada, et töötada taustal ja pakkuda hoiatusi, kui toru on ohustatud; hüdrantide hüdrofonid jäävad sinna ja töötavad pidevalt, selle asemel, et lekkeid otsida ja paigutada.
Võrreldes oma robotit Waterloo AI-ga, toob Wu välja olulised erinevad tehnoloogiate kasutamise juhtumid. Linnasüsteemis sobib torude tihedus ja keeruline võrk kuulamisseadmete jaoks, eriti arvutiintellekti abil, mis võib aidata andmeid analüüsida, selle asemel et tugineda ainult koolitatud tehnikutele. Kuid kolige äärelinnadesse või maapiirkondadesse ja pikad torude vahelised torud - mõnikord vaid mõni maja üle miili torustiku - nõuaksid praktiliselt liiga palju hüdrofone. Tema robot särab siin; lihtsalt viska see hüdranti ja tõsta see uuesti, miili kaugusel joonest.
James Dysoni auhind nimetas tuletorni oma 2018. aasta USA rahvuslikuks võitjaks (Dysoni auhinnad) Leiutajad osalevad nüüd katsetes ja partnerlussuhetes, et oma tooteid valida ja neid turustamiseks ette valmistada. Mutti ettevõte on Waterloo ülikooli tööstuspartner ja aitas sellel laboril saada strateegiatoetust Kanada loodusteaduste ja inseneriteadusuuringute nõukogult tehnoloogia edasiarendamiseks ja katsetamiseks Guelphis, Ontarios. Vaatetornide robootika on vahepeal hiljuti lõpetanud Indiana osariigis Corydonis oma esimese pilootprojekti ning plaanib veel kahte Bostoni ja San Antoniosse. Mõlema ettevõtte edukus tähendab vähem katastroofilisi pause ja vähem inimesi torude kaevamiseks.
"Päeva lõpuks viib iga selline puhkepaus tõelistel inimestel, sageli väga ebameeldivates tingimustes, välja, välja kaevama ja remonti tegema, tavaliselt väga lühikese järjekorraga, " ütleb Mutti. "Rohkem asju, mida saaksime selle hõlbustamiseks teha ja neile paremaid tööriistu anda, on suur kasu mitte ainult veearve maksjatele, vaid ka ühiskonnale üldiselt."
