Po severu Združenih držav Amerike in Kanade lastniki stanovanj preverjajo svoje snežne puhale, nalagajo drva za ogrevanje in odvajajo cevi na prostem v pripravi na hladno vreme. V občinah pa zimskoodporni vodovodi niso tako enostavni - cevi potujejo pod zemljo, v tem letnem času pa zamrznjena tla in temperaturne razlike povzročajo drobne razpoke v puščave, pogosto s katastrofalnimi posledicami.
Občasno vidite članke o vrtačah in prebojih vodnih glav, vendar je težava pravzaprav veliko bolj razširjena, zahrbtna in udarna od nenavadne vrzeli v mestni ulici.
Ameriško združenje gradbenih inženirjev v svoji izkaznici za infrastrukturo za leto 2017 ocenjuje, da se v ZDA letno zgodi 240.000 glavnih vodnih prepadov, pri čemer uhaja 2 trilijona litrov očiščene pitne vode. To pomeni, da se dnevno izgubi 14 do 18 odstotkov vode, ki je dovolj za oskrbo 15 milijonov domov. In poslabša se; raziskava iz leta 2018 na državni univerzi Utah je pokazala, da so se v ZDA in Kanadi v zadnjih šestih letih dvignili cevi za 27 odstotkov. Poleg tega računi za vodo, ki jih kupci plačujejo, niso dovolj za financiranje vodne infrastrukture, Ameriško združenje za vodovodne delavce pa ocenjuje, da bi jo lahko odpravili na 1 trilijona USD. V mnogih državah v razvoju je težava še hujša; konzervativna ocena Svetovne banke kaže, da lahko 35 odstotkov vode, dane v distribucijske sisteme, izgubi v 44 državah, ki so jih pregledali. Na leto po vsem svetu izgubijo približno 14 milijard dolarjev vrednih.
Nasprotno majhnih puščanj (manj kot 10 litrov na minuto) sploh ne imenujemo puščanja in ne štejejo za ASCE-jevo številko 240.000. Te manjše, težko najdene razpoke imenujemo "potencialno puščanje" - da bi jih lahko imenovali puščanje, mora razpoka sprostiti dovolj vode, da se vidno dvigne iz tal. Toda potencialno puščanje postane puščanje in puščanje, milijoni litrov (in dolarjev) pa uhajajo v tla.
Kaj je mesto narediti?
Najboljše prakse v skladu z ameriškim združenjem za vodna dela začnejo z revizijo vode, izračunajo količino vode, ki bi potovala po idealno učinkovitem sistemu, in jo primerjajo s količino, ki jo potrošniki dejansko navadijo, imenovano "voda za prihodke".
"Učinkovitost vode je dokaj dobro razvit segment industrije, kjer poskušate nadzorovati delovanje svojega sistema glede na prihodke in vodo brez dohodkov, " pravi Dennis Mutti, predsednik podjetja C3 Water, ki deluje z občinami v jugozahodnem Ontariu načrtujejo in optimizirajo vodne sisteme, vključno s pitno in odpadno vodo.
Rezultat te revizije daje mesom nekaj predstave, koliko vode se izgubi. Da bi to ublažili, pogosto najamejo izvajalce, da poiščejo puščanje. Običajno odkrivanje puščanja vključuje čakanje na te vidne dokaze ali sistematično preverjanje celotnih sistemov, odpiranje hidrantov ali izkopavanje cevi, da bi nanje postavili slušne senzorje, v upanju, da bodo slišali puščanje.
Na stotine kilometrov narazen dva različna izumitelja na vse manjše puščanje na dve zelo različni poti. Eno je poslušanje, previdno in s pomočjo umetne inteligence, za subtilne spremembe v zvoku tekoče vode; drugi pa uporablja mehkega robota, da previdno začuti nežno vleko, ki jo povzroči diferenčni tlak majhnega puščanja. Vsaka se je družila z različnimi občinami in vsaka namerava rešiti del teh milijonov galonov, da bi ušli v tla.
Ko je You Wu odraščal v Šanghaju, bi vsako četrt tedensko ob četrtkih njegova soseska prebivalcem izpuščala vodo kot način za varčevanje in preprečevanje pomanjkanja vode. "Zaprli so mojo skupnost, kar prizadene približno četrt milijona ljudi na pol milijona ljudi, " pravi Wu, ki se je leta 2008 preselil v ZDA in se udeležil MIT. "Počutila sem se, kot da smo veliki meščani, pomagali smo mestu pri ohranjanju vode. Ko sem prišel na MIT, sem spoznal, počakaj sekundo, ohranjamo vodo, hkrati pa je v istem sistemu izgubilo 20 do 30 odstotkov čiste vode. "
Začel se je zajebavati s senzorji in se spraševal, ali obstaja boljši način, kako najti puščanje, preden postanejo dovolj slabe - ali kot nekatera mesta čakajo, da se cevi popolnoma razbijejo. Več kot šest let je delal na projektu in ustanovil podjetje, Watchtower Robotics, po diplomi. To podjetje šele zdaj začenja pilotne programe za uvajanje tretjega prototipa Wuja, mehkega robota v obliki badmintona z imenom svetilnik, ki drsi po ceveh s tokom vode. Med potovanjem fleksibilni senzorji spremljajo niz plazilcev na dnu robota zaradi drobnih vlačilcev, ki se zgodijo, ko prehajajo tlačne razlike, ki jih tvorijo puščanje. Na koncu izpuhti spodnji požarni hidrant, upravljavci pa podatke uporabijo za izračun, kje je lahko uhajanje. Za ta postopek je Wu pridobil 10 patentov, njegovo podjetje pa jih licencira pri MIT. Naprava lahko zazna puščanje že pri 1 galonu na minuto
Med potovanjem svetilnika fleksibilni senzorji spremljajo nabor roba na dnu robota zaradi drobnih vlačilcev, ki se zgodijo med prehodom diferenciala tlaka, ki ga tvorijo puščanje. (Z dovoljenjem raziskovalcev) Na zamrznjenem severu - Waterloo, Ontario - skupina raziskovalcev spreminja bolj tradicionalno metodo in posluša puščanje s pomočjo umetne inteligence. Tako kot Watchtower Robotics je tudi cilj ugotoviti vedno manjše puščanje. Te so premajhne, da bi jih zaznali s spremembami tlaka in jih je težko razločiti od hrupa v ozadju, ki ga je veliko, ko črpate kup vode skozi cevi. Pravzaprav ni povsem natančno reči, da sploh poslušajo. Njihova naprava, opisana v nedavnem članku v Urban Water Journal, se je potopila v vodo pod požarnim hidrantom in uporablja hidrofone senzorje za spremljanje vibracij v vodi za vse nenavadno. Preko procesa, imenovanega analiza signalnega spektra, AI matematično dekonstruira signal na komponente in jih primerja z nepropustnimi vibracijami.
"Če pogledate na surov ali cel signal, ne morete zelo enostavno razlikovati med puščajočimi in neprepustenimi zvoki, " pravi Roya Cody, doktorica univerze v Waterlou, ki je avtor članka Urban Water Journal . "Toda če pogledate na podkomponente, so puščanja in zunanji primeri videti zelo različni."
Da bi usposobili to AI - torej dali ji izhodišče za scenarije puščanja in netesnosti, s katerimi se lahko primerjajo - so raziskovalci zgradili mrežo 6-palčnih PVC cevi s premerom v svojem laboratoriju, skupaj s T-izhodi, požarnim hidrantom in simulirali puščanje na različnih razdaljah od hidrofona. Povezali so ga neposredno z vodnim sistemom Waterloo, ki deluje po 50 funtov na kvadratni palec.
Rezultat je sistem, ki ga je mogoče trajno implementirati, da deluje v ozadju in ponuja opozorila, ko je ogrožena cev; hidrofoni v hidrantih ostanejo tam in delujejo stalno, namesto da bi jih morali iskati in puščati.
Če Wu primerja svojega robota z Waterlooovim AI, poudarja pomembne različne primere uporabe tehnologij. V mestnem sistemu se gostota cevi in zapleteno omrežje izpostavijo poslušalnim napravam, zlasti s pomočjo računalniške inteligence, ki lahko pomaga analizirati podatke, namesto da se zanašajo le na usposobljene tehnike. Toda premaknite se v predmestje ali podeželje in dolgi odseki cevi - včasih le nekaj hiš čez kilometre cevovodov - bi zahtevali preveč hidrofonov, da bi bili praktični. Tu rosi njegov robot; samo spustite ga v hidrant in ga spet poberite, kilometre navzdol.
Nagrada Jamesa Dysona je Svetilnik leta 2018 imenovala svojega ameriškega državnega zmagovalca. (Dyson Awards) Izumitelji zdaj sodelujejo v poskusih in partnerstvih, da bi poklicali svoje izdelke in jih pripravili na trg. Podjetje Mutti je industrijski partner Univerze v Waterlou in je laboratoriju pomagalo pridobiti strateško donacijo Kanadskega sveta za naravoslovne in inženirske raziskave za nadaljnji razvoj tehnologije in preizkušanje v Guelphu v Ontariu. Medtem je družba Watchtower Robotics pred kratkim zaključila svoj prvi pilotni projekt v Corydonu v državi Indiana, načrtuje pa še dva v Bostonu in San Antoniju. Uspeh katerega koli podjetja bo pomenil manj katastrofalnih prekinitev in manj ljudi, ki izkopljejo cevi.
"Na koncu vsakega od teh odmorov se resnični ljudje, pogosto v zelo neprijetnih pogojih, odpravijo ven, izkopljejo, popravijo, ponavadi v zelo kratkem času, " pravi Mutti. "Več stvari, ki jih lahko naredimo, da to olajšamo in jim omogočimo boljše orodje za to, je v veliko korist ne samo ljudem, ki plačujejo račun za vodo, ampak družbi na splošno."
