„Az általunk használt matematikai módszerek sokfajta összetett hálózat elemzését lehetővé teszik”

Ivóvíz-hálózatok hálózatelméleti és energiakibocsátási vonatkozásait vizsgálja Huzsvár Tamás és Wéber Richárd. A BME Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Tanszéke két doktori hallgatójának előadását különdíjjal, illetve közönségdíjjal jutalmazták a víz- és szennyvíztechnikával foglalkozó Dulovics Junior Szimpóziumon. Interjú.

Mivel foglalkoznak a doktori kutatásaik során?

Wéber Richárd: Mind a ketten ivóvíz-hálózatok matematikai modelljét szeretnénk felépíteni és pontosítani, és ezeknek a működésére általános érvényű következtetéseket levonni. Az a célunk, hogy a megfelelő mennyiségben jusson el az ivóvíz minden fogyasztó számára, a lehető legolcsóbban és leghatékonyabban. Alapvetően az ivóvíz-hálózatok 1D hidraulikai modelljei alapján dolgozunk, a hálózatelmélet matematikai eszköztárának felhasználásával.

Mi csökkentheti az ivóvízellátás hatékonyságát?

Wéber Richárd: Például, a vezetékek erodálódása miatt rengeteg víz szivárog a földbe. Ezt „nem számlázott fogyasztásnak” hívják, benyomják a hálózatba, de senki nem fizeti ki. Jórészt a talajba szivárog. Vannak módszerek, amivel meg lehet becsülni, hogy hol és miként érdemes csökkenteni, hol nagyobb, és hol kisebb a szivárgás. Ez egyébként nem feltétlenül könnyű, mert egy-két méterrel a talajszintben lévő elemekről van szó, költséges és kényelmetlen a kiemelése a vízellátás megszűnése miatt.

Az ivóvízellátás hatékonyságát úgy is javíthatjuk, hogy a szivattyú menetrendjeit állítgatjuk. Önmagában a szivattyúzás folyamata ugyanis két lépcsőből áll. Az egyik a kútszivattyúzás, amikor a talajvizet felemelik és kezelik. A másik, amivel mi foglalkozunk, hogy ha van egy tartályunk, amiben tiszta ivóvíz van, hogyan kellene eljuttatni a hálózat különböző pontjaira.

Itt nem mindegy, hogy a vízművek mikor milyen szivattyút járat, mert tetemes a költsége az ehhez szükséges villamosenergiának. Ha elemezzük, hogy mikor érdemes ki- és bekapcsolni ezeket, jelentős összegeket lehet vele megtakarítani.

Huzsvár Tamás: A munkánk szorosan összekapcsolódik a hálózatelmélet elmúlt években tapasztalt robbanásszerű fejlődésével. Ez a drasztikus városiasodás miatt is fontos. Száz évvel ezelőtt, a vízhálózat kiépítésekor a nagyvárosok negyed-ötödekkorák voltak, és az elmúlt száz, és főleg az elmúlt ötven évben nagyon gyorsan játszódott le az urbanizáció. A városok nem a közműhálózat üzemeltetői számára optimálisan, hanem spontán módon fejlődnek, ami a kisebb, addig meglévő részhálózatok bekebelezését vonja maga után. Emiatt viszont a hálózatok közel sem optimálisan strukturáltak. Mindig találni olyan részt a városokban, ahol szükség van a hálózat bővítésére, például alacsony alapnyomás, vagy nyomásingadozás miatt.

A másik kutatási irányunk, hogyan lehet a legolcsóbban fejleszteni a hálózatot, akár egyetlen cső bekötése által, hogy az adott területen élő emberek számára az adott ivóvízkapacitás növekedjen, a hálózat szolgáltatási víznyomása stabilizálódjon.

Foglalkozunk hálózati modellek fejlesztésével is. Lévén, hogy az ivóvíz-hálózatok az évek során folyamatosan változnak, gyakran előfordul, hogy egy üzemelő hálózat belső viszonyai, szerkezeti felépítése már teljesen eltér annak tervezett állapotától. Amikor mi készítünk egy modellt, egy pillanatképet alkotunk az adott hálózatról, elemezve, hogy az évek során létrejövő változásokat (tolózár beszakadása, érdes csapadékok nyomásveszteségre gyakorolt hatását) hogyan tudjuk egy modell segítségével meghatározni. Ilyen modellkalibráció is a részét képezi a kutatásunknak.

Önök szerepeltek a Dulovics Junior Szimpóziumon. Huzsvár Tamás innovációs különdíjat, Wéber Richárd közönségdíjat kapott. Minek köszönhetik a díjat?

Wéber Richárd: Az előadásom arról szólt, hogy ivóvíz-hálózatoknál is megfigyelhető egy olyan jelenség, mint  a villamos-, vagy az internethálózatoknál, hogy vannak kiemelten fontos részei a hálózatnak, amelyet tönkremenetele esetén, drasztikusan széteshet a hálózat. Az ivóvízhálózat is hasonlóan viselkedik. A legtöbb csőtörést általában nem érzik, mert mondjuk csak hat házat érint egy utca végén. De volt már rá példa 2012-ben Budapesten is, hogy a Szent Gellért téren a Gellért szálló előtt egy nyomóvezeték törött el, emiatt a kerület jelentős része nem kapott vizet.

Huzsvár Tamás: Én topológiafejlesztéssel foglalkozó előadást mutattam be. Találtunk egy olyan paramétert, amelyből megtudható, hogy a hálózat egy tetszőleges pontján változó felhasználói fogyasztás esetén a hálózat összes többi csomópontjának a nyomása hogyan változik.

Például vannak olyan gyorsan növekvő települések, ahol a nyári locsolási idényben annyira leesik a rendszernyomás, hogy az utca végében lévő fogyasztók már nem tudnak lezuhanyozni. E paraméter – név szerint a hálózat csomóponti nyomásérzékenysége –  alkalmas arra, hogy általa meghatározzuk azon csőátkötés pontos helyzetét, ami a hálózatnak egy ilyen, kritikusan érzékeny zónájának a nyomását a lehető legnagyobb mértékben stabilizálja.

Mik a terveik?

Wéber Richárd: Én a negyedik, Tamás a második évét tölti a doktori képzésen. Látok lehetőséget, hogy a tanszéken maradjak, de ez még egy év múlva lesz aktuális probléma. Alapvetően szeretnék kutatási, vagy egyetemi szférában maradni.

Huzsvár Tamás: A tudományterületünk sok területtel rokon. A matematikai módszerek, amiket használunk, sokfajta összetett hálózat elemzését lehetővé teszik. Az ivóvízhálózat témája érdekel, mert mivel a világnépesség kétharmadához csőhálózaton keresztül érkezik a víz, ezért ha nagyon kicsiny, akár tized százaléknyi energiahatékonyság-növelést tudunk találni, jelentősen csökkenti hosszú távon a környezetszennyezést. A tanszéken mindenképpen látok perspektívát, ugyanakkor természetesen az ipar kihívásai is érdekelnek. Hiszem, hogy e szép szakmának sok olyan aspektusa van, melyet igazán a közvetlen műszaki feladatok megoldása során ismerhetünk meg és meríthetünk belőle ihletet a jövő innovációihoz. Szerencsére még van két évem a döntésig.

Mit üzennének annak, aki esetleg most felvételizik alapszakra?

Wéber Richárd: Természetesen a Gépészmérnöki Kar a legjobb kar, nemcsak szerintünk! Ha valaki matematikából és fizikából jól teljesít, és nem ijed meg a fogaskeréktől, akkor itt a helye.

Huzsvár Tamás: Ha valaki gépészmérnöki alapszakon kezd, és van egy minimális műszaki érdeklődése, biztosan talál olyan területet, ami érdekli – a gépészettudomány széles spektrumából adódóan. Nincs még egy olyan szakma, ahol ugyanúgy foglalkozhatunk alkalmazott matematikával, ivóvíz-hálózatokkal, a gépgyártás-technológia különlegességeivel, vagy akár bazaltszál erősítésű kompozit hajókkal is.

Benesóczky László

Képek forrása: hds.bme.hu, HDR Tanszék Facebook-oldala
A cikk 2020. április 28-án jelent meg.