Doktoritöö näitab, kuidas päästa linnatänavad uputustest

Vihmavesi põhjustas Tartus vähem kui nädal hiljem uue üleujutuse ning mööda Kitsa tänava treppi tuli taas joana vett. Foto: Henn Uuetoa

Inimene looduse vastu ei saa, kuid sademevee süsteem, mis oskab «ennustada ja ennetada», millises piirkonnas tekib vihmasaju ajal süsteemi ülekoormus, on üks võti, kuidas päästa linnatänavaid uputustest, kirjutab Tallinna Tehnikaülikooli veeb.

TalTechis sel teemal oma doktoritööd kaitsnud Nils Kändler nendib, et torustike ülekoormus võib kaasa tuua nii üleujutuse kui ka ühisvoolse kanalisatsiooni ülevoolu, mille mõlema tagajärjed on linna- ja elukeskkonnale negatiivsed. Kannatajateks on muidugi ka linnaelanikud.

Linnade veesüsteemide toimimist mõjutavad lähematel aastakümnetel nii kiire urbaniseerumine, kliima muutused kui ka taristu tehnilise seisukorra halvenemine. Kui seni on probleemi lahendamiseks pigem laiendatud või suurendatud olemasolevat sademevee süsteemi, paigaldades aina uusi torustikke ja mahuteid või suurendades olemasolevate torustike läbilaskevõimet, siis pikemas perspektiivis ei ole selline lähenemine mõistlik.

Miks senisest ei piisa?

Eespool nimetatud tegurite koosmõju on sellise ulatusega, et tavapärasel viisil ei ole enam võimalik süsteeme muutuvate oludega kohandada. Seepärast otsitakse uusi nutikaid lahendusi, mis kaasaksid ka maapealset linnaruumi ning võimaldaksid kontrollida torustikku juhitud vee kogust. Olemasolevate juhtimissüsteemide kasutamine sellisel moel on aga oluliselt raskendatud, kuna need on tsentraalsed, ei võimalda piisavalt kiiresti ennustada süsteemi käitumist ning neid on keeruline rakendada sissevoolude kontrolliks, mis asuvad suurel maa-alal kogu linna valgala ulatuses.

Kuidas olukorda muuta?

Sestap on Kändleri doktoritöö tuumaks mudelipõhise ennustusvõimekusega juhtimisalgoritmi loomine. Nimetud algoritm võimaldab ette ennustada vihma või muu häiringu mõju sademevee süsteemi torustiku vooluhulkadele ning anda täituritele ette seaded tippvooluhulga piiramiseks. See toob omakorda kaasa üleujutusohu vähenemise linna süsteemis. Oluline on seegi fakt, et algoritmil on detsentraliseeritud ülesehitus, mis võimaldab juhtida sissevoolusid sõltumatult ning teeb süsteemi rikete suhtes töökindlamaks.

Võrreldes teiste samalaadsetega on aga Kändleri loodud algoritmil oluline eelis – see kasutab täituri seadete leidmiseks dünaamilist mudelit, kuid ei vaja kogu süsteemi reaalajas modelleerimist või arvutuslikult mahukat optimeerimist. Doktoritöös loodud detsentraliseeritud mudelipõhise ennustusvõimekusega algoritm on vaba eelkirjeldatud puudustest ja sobib mis tahes tüüpi sademevee sissevoolude juhtimiseks.

Kahes Eesti linnas «targad» torustikud

Doktoritöö juhendaja, TalTechi ehituse ja arhitektuuri instituudi abiprofessor tenuuris Ivar Annus selgitab, et üha sagenevate ja intensiivsemate vihmade korral ei ole võimalik ega otstarbekas jätkata senise sademevee süsteemide juhtimisloogikaga, mis linnapiirkonnas näeb ette pigem vee kiiret juhtimist tänavatelt maa-alustesse kollektoritesse, kuna nende läbilaskevõime on piiratud. «Doktoritöö käigus sai muuhulgas uuritud, kui palju, kus ja kui kaua peaks vett hoidma tänavatel, et kogu valgala ulatuses tagada süsteemi toimimine. Selleks töötati lisaks juhtimisalgoritmile välja meetod, kuidas linnakeskkonnas kaardistada alad, mida suurte vihmade korral on võimalik ja (süsteemi toimimisest tulenevalt) vajalik kontrollitult üle ujutada,» selgitab Annus.

Kuigi välja pakutud detsentraliseeritud lahenduse investeeringu vajadus ei ole suur, siis süsteemi rakendamiseks on Annuse sõnul vaja veesektoris läbi viia digipööre, mis võimaldaks luua olemasolevate süsteemide digitaalsed kaksikud ning varustada kriitilised kaevud anduritega, mille abil toimub kogu süsteemi juhtimine. «Esimesed targad sademeveesüsteemide lahendused on välja ehitatud meie juhitud NOAH projekti raames Haapsallu ja Rakverre,» avaldab Annus. Käimasoleva DEPART projekti raames on järgmise kolme aasta jooksul plaanis välja töötatud juhtimisalgoritm ühes Eesti linnas ka reaalselt tööle panna.

Kuidas jõuti tulemuseni?

Algoritmi katsetati kolmel pilootalal, et juhtida reguleeritavaid restkaeve, maa-aluseid kontrollkaeve ja tänava pinnas asetsevaid akumulatsioonimahuteid. Tulemustest selgus, et kontrollalgoritm on võimeline vähendama tippvooluhulka kuni 50%, hoidma vee sissevoolu torustikku püsivalt alla ette antud piirmäära ja vähendama üle ujutanud kaevude arvu kuni 30%.

Töö kiire ja korralik. Ja ka odav!

Algoritm on ajaliselt kiirem kui enamik olemasolevaid lahendusi. Näiteks 18 tänavareservuaari seadete arvutus võttis aega 0,11 sekundit ühe minutilise ajasammu kohta. Välja töötatud lahendus on lisaks tehnilistele eeldustele ka majanduslikult tasuv. Analüüsides nii investeeringute kui ka püsikulude suurust, on lahendus umbes 20% odavam kui tavapärased üleujutuse riski vähendamise meetodid. Seega on doktoritöös välja arendatud lahendus teostatav, töökindel ja majanduslikult soodne ning sobib linnade kliimakindluse tõstmiseks.

Koostööd võiks olla rohkem

Kuigi töös esitatud sademevee süsteemi juhtimislahendusi testiti kolmel pilootalal, on need kavandatud universaalseks, st rakendatavaks igas linnapiirkonnas, kus seistakse silmitsi sademeveesüsteemide ülekoormuse ohuga. Oluline on asjaolu, et maapealsed struktuurid, nagu olemasolevad läbilaskvad pinnad, on tegelikult ju osa linna sademeveesüsteemist. Tavaliselt vastutab vee-ettevõtja linnades maa-aluse torustiku toimimise eest, samal ajal kui maaomanik vastutab maapealsete, s.o sademevee kokkuvoolu pindade hooldamise eest. Selline vastutuse jaotus takistab aga nii tarkade kui ka looduslähedaste lahenduste kasutuselevõttu, kuna uudsed ja tõhusad lahendused vajavad ka terviklikku hooldust, et tagada süsteemi pikaajaline toimimine. Antud töö näitab selgelt, et erinevate osapoolte koordineeritud koostöö võib avaldada kasulikku mõju linna sademevee äravoolule.