Jätevesiviemäriverkoston vuotovesiselvityksistä ja -tutkimuksista saneerausohjelmaan monikriteerisiä päätösmenetelmiä käyttäen Oulussa

• Main Author: Heinonen, J. (Jukka)
• Format: Dissertation
• Language: Finnish
• Published: University of Oulu 2017
• Subjects: Process and Environmental Engineering
• Online Access: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201709292929; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:fi:oulu-201709292929

Vesihuoltoverkostojen saneerausvelka on Suomessa kasvanut merkittävästi. Saneerausmäärien nostaminen riittävälle tasolle nykyisestä saneeraustasosta aiheuttaisi merkittäviä korotuspaineita vesihuollon maksuille. Tästä syystä saneerauksen oikean kohdentamisen merkitys on kasvanut, ja kasvaa yhä. Oulun Vesi on teetättänyt ja tehnyt itse vuotovesiselvityksiä toiminta-alueellaan viime vuosina. Tässä työssä tutkittiin, kuinka jätevesiviemärin vuotovesiselvityksiä ja -tutkimuksia voidaan hyödyntää, ja edetä niistä aina saneerausohjelmaan asti. Työn tavoitteena oli laatia Kanta-Oulun pohjoispuolen jätevesiviemäriverkostolle alueellinen saneerausohjelma. Työssä Kanta-Oulun pohjoispuolen jätevesiviemäriverkosto jaettiin alueisiin, ja alueiden saneeraustärkeyttä arvioitiin monikriteerisillä päätösmenetelmillä. Työn lähtötietoina olivat Vuove-menetelmällä tehtyjen vuotovesitutkimusten tulokset. Lisäksi lähtötietoina olivat kaukovalvontaan liitettyjen pumppaamojen pumppaustiedot, tehtyjen savukokeiden tulokset sekä verkkotietojärjestelmästä putkien iät ja tukosten määrä. Näitä viittä lähtötietoa käytettiin alueiden saneeraustärkeyden arvioinnin kriteereinä. Koska lähtötietojen aineisto oli eri mittayksiköissä, oli ensimmäisenä tehtävänä lähtötietojen normalisointi yleisellä skaalavälille 0–1. Tämän jälkeen kriteereiden painokertoimet muodostettiin analyyttistä hierarkiaprosessia (AHP) käyttäen. AHP:ssa ensimmäisessä vaiheessa muodostettiin ongelmanrakenne. Toisessa vaiheessa kriteereiden painokertoimet saatiin parivertailu -menetelmää käyttäen. Kolmanneksi arvioitiin parivertailun johdonmukaisuus. Alueiden keskinäinen saneerausjärjestys laskettiin Simple Additive Weighting (SAW) -menetelmää käyttäen. Menetelmässä kriteerin normalisoitu arvo kerrotaan kriteerin painokertoimella, ja alueen kriteerien tulokset summataan yhteen. Näin alueille saatiin muodostettua painotettu vertailuluku, joka kertoo alueen tärkeyden suhteessa muihin alueisiin edellä mainittuihin kriteereihin perustuen. Menetelmiä testattiin aluksi pienemmällä osalla verkostoa, joka käsitti yhteensä 14 aluetta, ja alueet sisälsivät noin 3–5 kilometriä jäteveden viettoviemäriä. Lopuksi Kanta-Oulun pohjoispuolen jätevesiviemäriverkosto jaettiin vastaavan kokoisiin alueisiin ja toistettiin arviointi. Koko tutkimusalue sisälsi noin 250 km jäteveden viettoviemäriä ja arvioitavia alueita muodostui koko tutkimusalueelle 93 kappaletta. GIS-pohjaisesti tehty työ tuotti lopputuotteena kartan, jonka perusteella saneerausta voidaan suunnitella eteenpäin. Käytetyistä kriteereistä vuotovesi, viemäriputken ikä ja tukokset todettiin parivertailussa arvokkaimmiksi kriteereiksi. Sadereagointi -kriteeri, mikä saatiin vertaamalla pumppaamotietoja sadantaan ja virheelliset hulevesiliitokset -kriteeri, mitkä olivat savukokeiden tuloksia, todettiin viidestä kriteeristä vähiten arvokkaimmaksi. Sadereagointi -kriteerin arvoa laski arvioinnissa käytetyn datan heikko laatu. Käytetyt monikriteeriset päätöksentekotyökalut soveltuivat hyvin kriteerien painokertoimien määrittelyyn ja lopulliseen saneerausjärjestyksen vertailuun jätevesiviemäriverkoston osalta. Saneerausohjelmaa määrittäessä on kuitenkin huomioitava myös vesijohtoverkoston tila, joten vesijohtoverkostolle tulisi tehdä samankaltainen monikriteerinen arviointi. Kriteerit tulee määrittää huolella, mutta kriteereinä voisi olla ainakin vesijohdon ikä ja vikaantumistiheys (vuodot/putkirikot johtopituuteen suhteutettuna) === The Negative balance of renovation of water and sewer networks has increased significantly in Finland. Increasing these renovations to a sufficient level from their current status would cause a pressure to increase the water supply fees. That is the reason to focus renovation action to right place. Oulu Waterworks (Oulun Vesi) has commissioned and carried out internally several sanitary sewer inflow and infiltration studies on its operating area in recent years. The purpose of this study was to examine how these sanitary sewer inflow and infiltration studies can be utilized and progressed to a renovation program. The aim was to create a regional renovation program to different parts of sanitary sewer networks in Oulu. Selected area of the sanitary sewer network was divided into regions and the renovation order of regions were evaluated by using Multi-Criteria Decision Methods. Input data for this multi-criteria analysis were: i) a sanitary sewer inflow and infiltration study by water quality and quantity, ii) pumping data from pumping stations connected to remote monitoring, iii) results of smoke tests, iv) age of pipes and v) amount of sewer blockages received from network information system. These five inputs were used as the criteria to evaluate renovation order. Since the input data were in different units of measurement, the first task was to normalize the data to the common scale interval of 0–1. The weighing factors for the criteria were formed by using the Analytical Hierarchy Process (AHP). In AHP the first step was to form the problem structure. In the second step, the weighting factors for the criteria were obtained using a pairwise comparison method. Third, the consistency of the pairwise comparisons was evaluated. The renovation order of the regions was calculated by using the Simple Additive Weighting method (SAW). In the SAW method, the normalized value of the criterion is multiplied by the weighting factor of the criterion and the result of the regions criteria is summed. The result was a weighed reference value for the regions, which indicated the importance of the area for renovation in relation to the other regions based on the above-mentioned criteria. The methods were tested first on a smaller part of the network, which comprised a total of 14 areas with about 3 to 5 kilometers of sewage sewer in each. Then the rest of the sewage network of the research area was divided into similar sized regions and the method was repeated in a larger scale. The entire research area contained some 250 km of sewage sewer and in total 93 areas were evaluated from the entire research area. GIS-based work produced a map as the outcome and a renovation program can be planned forward by using this spatial result. From the different criteria used in the analysis, inflow/infiltration study, age of pipe and blockages were found to be the most valuable criteria in a pairwise comparisons. Precipitation reaction criterion, which was obtained by comparing the pumping data with the rainfall and the erroneous storm water sleeve joint -criterion, which were the results of the smoke tests, were found to be the least valuable of the five criteria. Pumping data had some quality problems which lowered this criteria. The Multi-Criteria Decision Making methods were well suited for defining the weighting factors for the criteria and for the final comparison of the renovation order for the sewage network. When determining the renovation program, the status of the water supply network should also be considered, so the Multi-Criteria Assessment should be made for water supply network. The criteria should be determined with care but useful criteria could be the age of a water pipe and the failure rate of a water supply network (the frequency of leakages or breakages in proportion to the pipe length).