KLJUČNI ELEMENTI ZA REALIZACIJU POUZDANIH MERENJA PROTOKA U KANALIZACIONIM SISTEMIMA: ISKUSTVA STEČENA NA NOVOM BEOGRADU

Voda i sanitarna tehnika LV(4) 39-50 (2025) IZVOD Kontinualna merenja protoka u okviru kanalizacionih sistema za atmosferske i upotrebljene vode predstavljaju jedan od obaveznih segmenata efikasnog upravljanja ovom komunalnom hidrotehničkom infrastrukturom. Nažalost, u domaćoj praksi pouzdani podaci o protocima, kako u suvom tako i u kišnom periodu, na karakterističnim deonicama mreža (glavni kolektori, ispusti, crpne stanice, itd.) u većini slučajeva su veoma skromnog obima. Ograničeni budžeti javnih komunalnih preduzeća, nedovoljno razumevanje potencijalnih prednosti monitoringa, visoke cene formiranja mernih mesta i potreba za redovnim održavanjem, su samo neki od faktora koji su uticali na ovakvu situaciju. Dodatan problem predstavlja i činjenica da se, usled prirode ovih komunalnih sistema, javljaju kompleksni uslovi tečenja i rada koji negativno utiču na pouzdanost izmerenih podataka, odnosno značajno povećavaju njihovu mernu nesigurnost. Zato pri formiranju stalnih mernih mesta u kanalizacionim sistemima, kao i naknadnoj realizaciji privremenih merenja protoka, posebnu pažnju treba posvetiti aspektima kao što su makro i mikro lokacija mernog mesta, odabir merne metode, kontroli pouzdanosti merenja kroz rezultate matematičkog modela i primenu redudantne merne metode, hidraulički uslovi (dinamika i opseg vrednosti merene veličine), održavanje mernog mesta analiza merne nesigurnosti, itd. U ovom radu su analizirani upravo ovi ključni elementi, potrebni za pouzdano merenje protoka. Kao primer, korišćena su merenja u kanalizacionim sistemima za atmosferske i upotrebljene vode na opštini Novi Beograd sprovedena tokom 2024. Ključne reči: Kanalizacioni sistemi, Merenje protoka, Analiza merne nesigurnosti, Merne lokacije ABSTRACT Continuous flow measurements in sewer and urban drainage systems are a requirement for efficient management of these communal hydraulic infrastructure systems. Unfortunately, in the Republic of Serbia, reliable flow data in both dry and wet periods for characteristic network segments (main collectors, outlets, pump stations, etc.) are scarce in most of the cases. Limited public utility budgets, insufficient understanding of the monitoring potential, high costs for the establishment and maintenance of the measurement location, are just some of the factors affecting the current situation. Additionally, due to the nature of sewer and urban drainage systems, commonly occurring adverse flow and operating conditions negatively impact the reliability of the measured data and increase the overall measurement uncertainty. Thus, when permanent measurement locations are established and/or temporary measurement campaigns are being carried out in the sewer and urban drainage systems, additional care should be given to the aspects like macro and micro measurement location, selection of the measurement method, reliability control through modeling results and redundant measurement method, hydraulic conditions (dynamics and value ranges of the measurands), maintanance activities and measurement uncertainty analysis. Here, these key elements for the reliable flow measurements are thoroughly analyzed. Particular details are given to the measurement campaign executed in the sewer and urban drainage network of the Novi Beograd municipality during the 2024. Key words: Sewer systems, Flow measurement, Measurement uncertainty analysis, Measurement locations KLJUČNI ELEMENTI ZA REALIZACIJU POUZDANIH MERENJA PROTOKA U KANALIZACIONIM SISTEMIMA: ISKUSTVA STEČENA NA NOVOM BEOGRADU KEY ELEMENTS FOR RELIABLE FLOW MEASUREMENTS IN SEWER AND URBAN DRAINAGE SYSTEMS: EXPERIENCE ACQUIRED IN NOVI BEOGRAD Damjan Ivetić1*, Dušan Prodanović1, Robert Ljubičić1, Miloš Stanić1, Miloš Milašinović1, Branislav Babić1 1Građevinski fakultet – Univerzitet u Beogradu, Beograd *Corresponding author: [email protected] Damjan IVETIĆ, Dušan PRODANOVIĆ, Robert LJUBIČIĆ, Miloš STANIĆ, Miloš MILAŠINOVIĆ, Branislav BABIĆ Stručni rad UDK: https://zenodo.org/badge/DOI/ 40 VODA I SANITARNA TEHNIKA 1. UVOD Kanalizacioni sistemi su deo komunalne infrastrukture, koja radi 24 sata dnevno, svaki dan u nedelji, bez prekida. U Republici Srbiji, odgovarajuća lokalna Javna Komunalna Preduzeća (JKP) su zadužena da obezbede i održe zadovoljavajući nivo funkcionalnosti ovih sistema, omogućavajući bezbedno prikupljanje i transport upotrebljenih i atmosferskih voda sa urbanih slivova u obližnji recipijent. Da bi se uspešno sprovodio ovaj odgovorni zadatak, ali i omogućilo identifikovanje slabih tačaka sistema, kao i predviđanje i planiranje koraka za unapređenje i dalji razvoj, neophodne su opsežne i detaljne analize, koje moraju da se zasnivaju na izmerenim podacima o relevantnim hidrauličkim veličinama na merodavnim lokacijama unutar sistema. Ključne hidrauličke veličine su protok i dubina. Dok je merenje dubine u kanalizacionim sistemima izvesno zahtevan posao, za merenje protoka se može reći da je za red veličine kompleksniji i teži zadatak kojem se mora pristupiti sa posebnom pažnjom (BertrandKrajewski i sar., 2021a; Campisano i sar., 2013; Ivetić i sar., 2024, 2025). U domaćoj praksi, nažalost, pouzdani izmereni podaci o protocima, dnevnoj i nedeljnoj neravnomernosti, u suvom i u kišnom periodu na karakterističnim deonicama mreža (glavni kolektori, ispusti, crpne stanice, itd.) u većini slučajeva su veoma skromnog obima. Na ovu situaciju su uticale specifične istorijsko-sociološke okolnosti, koje su ograničile budžete i mogućnosti JKP poslednjih decenija, u kombinaciji sa visokim cenama formiranja mernih mesta. Takođe, problem predstavlja i potreba za redovnim održavanjem (čišćenjem) mernih mesta i rekalibracijom merne opreme, pa se tako neretko može unutar domaćih kanalizacionih sistema naći instalirana merna oprema koja godinama nije u funkciji (i upitno je da li može da se reparira i osposobi) ili oprema koja još uvek radi ali su merno mesto i proticajni profil zatrpani nanosom. Na skromne metrološke aktivnosti u kanalizacionim sistemima, pored ekonomskih faktora, značajan uticaj ima i nedovoljno razumevanje potencijalnih prednosti, odnosno koristi koji se mogu ostvariti sa dobro projektovanim sistemom za monitoring. Konačno, tu su i tehnički faktori, odnosno činjenica da se, usled prirode ovih komunalnih sistema, javljaju kompleksni uslovi tečenja i rada koji negativno utiču na pouzdanost izmerenih podataka, odnosno značajno povećavaju njihovu mernu nesigurnost. Ovakvih slučajeva, gde instalirana merna oprema ne beleži pouzdane podatke, takođe ima značajan broj, a posebno je izražen kod sprovođenja mernih kampanja ograničenog trajanja. Fokus ovog rada je upravo na analizi ključnih tehničkih aspekata koji mogu pomoći izvođačima u sprovođenju pouzdanih merenja protoka u kanalizacionim sistemima. Uobičajeno je da se u stručnoj metrološkoj literaturi, kada se projektuje merno mesto, akcenat postavlja na izbor optimalne merne metode (Godley, 2002). Prema mišljenju autora, pitanje merenja protoka u kanalizacionim sistemima sa tehničke strane treba posmatrati u širem kontekstu. Neophodno je voditi računa o makro i mikro lokaciji mernog mesta, odabiru merne metode, kontroli pouzdanosti merenja kroz primenu matematičkog modela i redudantne merne metode, hidrauličkim uslovima na mernom mestu, održavanju mernog mesta i analizi merne nesigurnosti. U ovom radu su pojedinačno analizirani ovi elementi, a njihov uticaj na proces projektovanja i formiranja mernih mesta je ilustrovan kroz primer sprovedene merne kampanje u kanalizacionim sistemima za upotrebljene i kišne vode na teritoriji opštine Novi Beograd. 2. O FORMIRANJU MERNOG MESTA U KANALIZACIONOM SISTEMU Merenja hidrauličkih parametara, kao što su protok i dubina, u kanalizacionim sistemima treba da se sprovode sa određenim ciljem, da bi se ostvarila jasna korist za naručioca i/ili rukovaoca sistema. Koliko god ovo logično zvučalo, u većini praktičnih slučajeva, cilj nije ili je samo „maglovito“ definisan (BertrandKrajewski i sar., 2021a). Primera radi, neretko se za cilj merenja koristi krilatica „prikupljanje informacija o radu sistema“, koja je prilično subjektivna ali, sa druge strane, ostavlja „izlaz“ da se određena merna kampanja nazove uspešnom (jer su prikupljenje „neke“ informacije). Pre započinjanja merne kampanje treba da se definiše i usaglasi jasan, nedvosmislen i ostvariv cilj. Na primer, ako je cilj merenja da se prikupe podaci za kalibrisanje matematičkog modela onda se on prevodi u zahtev: koji konkretno parametri treba da se mere, na koliko mernih mesta, sa kojom frekvencijom uzorkovanja i sa kojom dopuštenom mernom nesigurnošću (ne tačnošću korišćenih mernih uređaja). Uzimajući cilj merenja kao polaznu tačku, definišu se potrebe za podacima, koje dalje određuju nekoliko ključnih aspekata merne kampanje: koje veličine se mere, koliko dugo (ili koliki broj kišnih događaja i kog intenziteta treba zabeležiti), broj i okvirne lokacije mernih mesta. Sa ovim informacijama može se odrediti okvirna cena sprovođenja određene merne kampanje. Ovde se naručilac radova, susreće br. 4 • oktobar-decembar • god. LV 41 sa dilemom da li je cena sprovođenja merenja ili formiranja mernog mesta opravdana u poređenju sa potencijalno ostvarenom koristi, koja može biti monetarna ali ima i svoju nemonetarnu komponentu. Ako se ispostavi da jeste, pristupa se operativnoj fazi odnosno projektovanju, formiranju i održavanju određenog mernog mesta. Treba jasno naglasiti da je cela operativna faza zapravo jedan iterativan proces, gde su, najčešće u svim etapama, potrebne određene modifikacije i adaptacije kako bi se obezbedio zadovoljavajući kvalitet podataka i ispunjavanje ciljeva merenja. Održavanje mernog mesta je veoma bitan detalj, pogotovo kod dugotrajnih mernih kampanja, gde se periodičnim čišćenjem, proverom pouzdanosti merila sa redudantnom mernom metodom, analizom izmerenih podataka i rekalibracijom uređaja održava traženi nivo kvaliteta izmerenih podataka. Svakako je bitno imati na umu da ne postoji univerzalno rešenje, „srebrni metak“ ili „glogov kolac“ koji se uvek i svuda može primeniti, već je neophodno „ukrajati“ i optimizovati rešenja prema datim okolnostima. Da bi se operativna faza merne kampanje uspešno sprovela, izvođač merenja mora da razume ciljeve merne kampanje, poseduje znanje hidraulike tečenja u kanalizacionom sistemu, kao i operativno znanje o načinu rada ovih sistema, treba da raspolaže adekvatnim podacima o sistemu u kojem se sprovode merenja, poseduje odgovarajuću mernu opremu, razume principe rada opreme i odgovarajuća ograničenja, ali i poštuje pravila dobre metrološke prakse. U nastavku ovog rada analizirani su aspekti dobre metrološke prakse u kanalizacionim sistemima, za koje autori smatraju da su ključni za uspešno sprovođenje mernih kampanja. Primeri sa merne kampanje održane tokom 2024. godine na Novom Beogradu, sa ciljem prikupljanja podataka za kalibraciju matematičkog modela, su korišćeni u odgovarajućim poglavljima, kako bi se upotpunio opis (Ivetić i sar., 2024). 3. FORMIRANJE MATEMATIČKOG MODELA KANALIZACIONOG SISTEMA Kao polazna tačka operativne faze merne kampanje, u ovom radu se predlaže formiranje inicijalnog matematičkog modela analiziranog kanalizacionog sistema (koristeći besplatne softverske alate kao što su EPA-SWMM, 3DNet i dr.), odnosno dela sistema koji pripada slivu unutar kog će se sprovesti merna kampanja. Model ne mora biti kalibrisan, dovoljno je da verno predstavlja strukturu i povezanost mreže (odnosno, topologiju) i da radi sa očekivanim, pretpostavljenim parametrima. Čest je slučaj da su poslovi sprovođenja merne kampanje i formiranja novog ili nadogradnja postojećeg hidrauličkog modela kanalizacione mreže odvojeni, odnosno nisu obuhvaćeni istim ugovorom. Ovde je svrsishodno ukazati na mišljenje autora da bi ovi poslovi trebali biti uvezani, gde su u nastavku ukazane neke od potencijalnih koristi koje se mogu na ovaj način ostvariti. Matematički modeli tečenja u kanalizacionim sistemima su veoma koristan alat, koji omogućavaju analizu kako postojećeg stanja tako i budućih, projektovanih stanja pri redovnim, vanrednim ili nekim hipotetičkim scenarijima. U opštem slučaju, matematički model je skup matematičkih relacija, kojima se predstavlja stvarnost, odnosno tečenje u kanalizacionoj mreži za zadate granične i početne uslove. Formiranje matematičkog modela je opsežan zadatak koji pored stručnosti modelara, zahteva i značajnu količinu relevantnih, ulaznih podataka. Ovde se prvenstveno misli na podatke o topologiji mreže, geometrijske/geodetske podatke o elementima mreže (šahtovi, cevi, kolektori itd.) i karakteristike aktivnih elemenata (crpne stanice, zatvarači, ustave itd.). Verodostojnost matematičkog modela se postiže njegovom kalibracijom, odnosno prilagođavanjem parametara modela, tako da se rezultati simulacija slažu sa izmerenim podacima. Dok se o kalibraciji može govoriti tek nakon sprovedene merne kampanje, ovde se govori o upotrebi inicijalnog, nekalibrisanog modela, koji ako je formiran na adekvatan način može dati odgovor o očekivanim rasponima vrednosti hidrauličkih parametara koje treba izmeriti. Adekvatno formiran model, podrazumeva da je topologija mreže verno reprodukovana kao i slivno područje. Primera radi, za potrebe sprovođenja merne kampanje na Novom Beogradu, formiran je inicijalni matematički model u softverskom okruženju 3DNet, na osnovu raspoloživih podataka o mreži (topologija, kote, dimenzije…) iz GIS-a Beogradskog Vodovoda i Kanalizacije. Upravo su rezultati simulacija dobijenim primenom inicijalnog modela, korišćeni kao podrška za određivanje makro lokacije (tražene su tačke u sistemu sa značajnim opterećenjem) ali i za definisanja očekivanih opsega dubina i protoka. Ove vrednosti su korišćene kao početna kontrola pouzdanosti merenja – odnosno ako bi rezultati merenja odstupali izvan sračunatog opsega, to je signal da postoji problem sa izmerenim podacima ili sa topologijom mreže u modelu. Tokom merne kampanje na Novom Beogradu, javljala su se oba slučaja: dešavalo se da je odstupanje merenih rezultata izvan očekivanog opsega uzrokovano problemima sa mikro lokacijom mernog mesta, kao i da je pogrešno protumačena topologija mreže 42 VODA I SANITARNA TEHNIKA (greška u zvaničnoj GIS bazi podataka). Međutim, dešavalo se i da uzrok odstupanja nije u merenim rezultatima (mikro lokacija) niti u modelu (topologiji), već da se kroz analizu identifikuje da postoji problem u samoj kanalizacionog mreži (zagušenja, nelegalni priključci). Upravo imajući u vidu ovu vezu između GIS-a, matematičkog modela i merenja, uočava se ključna korist povezivanja poslova modeliranja i merenja – mogućnost uzajamne kontrole i unapređenja ova tri bitna alata u rukama rukovodioca odgovarajućih JKP, ali i detekcije problema u samom kanalizacionim sistemima. 4. IZBOR MAKRO LOKACIJE MERNOG MESTA Dok su u inicijalnoj fazi, pod uticajem ciljeva merenja, određene grube lokacije mernih mesta – odnosno očekivani delovi mreže/sistema gde se željeni podaci mogu prikupiti, u operativnoj fazi je neophodno odrediti makro lokaciju mernog mesta, odnosno konkretnu deonicu, šaht, crpnu stanicu gde će se formirati merno mesto. Uslove koje ta određena makro lokacija treba da ispuni su: da se na njoj može izmeriti željena veličina sa zadovoljavajućom mernom nesigurnosti i da se lokaciji može bezbedno pristupiti. Preporučuje se da se lokacija prvo izvidi od strane izvođača, odnosno da se prikupe sve relevantne informacije sa terena pre nego što se donese konačna odluka. Prvi predlozi se obično definišu na osnovu raspoloživih informacija iz Geografskog Informacionog Sistema (GIS-a), projektne dokumentacije, rezultata inicijalnih analiza na matematičkom modelu sistema i razgovora sa zaposlenima iz nadležnog JKP (pogotovo sa rejonskim rukovodiocima i tehničarima koji neretko imaju ključne informacije o lokalitetu). Nakon obilaska terena, prikupljene informacije mogu podstaknuti promenu odnosno potragu za drugom makro lokacijom. Svakako, u ovaj iterativan proces, treba da bude uključen pored izvođača i naručilac merenja kako bi pomogao u obezbeđivanju potrebnih uslova za sprovođenje merenja (čišćenje prilaza revizionim silazima, čišćenje mreže, obezbeđenje lokacije itd.) kao i ekspert koji radi na matematičkom modelu sistema (on će takođe koristiti podatke). Postupak određivanja makro lokacije za merno mesto na Fekalnoj Crpnoj Stanici (FCS) Galovica, tokom realizacije merne kampanje na teritoriji Novog Beograda, je bio iterativnog karaktera i rezultirao je nestandardnim rešenjem. Naime, cilj je bio zabeležiti dinamiku rada FCS Galovica, učestalost paljenja pumpi kao i zapreminu prepumpane vode tokom karakterističnih dana. Odabrana makro lokacija je šaht nizvodno od FCS Galovica, koji se nalazi na krivini od 90o, uprkos činjenici da se ovde javlja zakrivljene strujnica koje negativno utiču na pouzdanost izmerenih podataka (slika 1). Inicijalna ideja je bila da se merna oprema postavi na samim potisima agregata FCS, odnosno da se primeni tzv. „Clamp-on“ ultrazvučna metoda. Međutim, dispozicija potisnih cevovoda i ograničen pristup (ali i ograničen broj komada opreme) je onemogućio primenu ovu metode za zadovoljavajućom mernom nesigurnošću. Nakon pregleda GIS-a, krenulo se u potragu za prvim nizvodnim šahtom, gde bi se primenila drugačija metoda „brzina – proticajni presek“ kako bi se merio zbirni protok na potisu FCS. Prvi nizvodni šaht, u praksi nije dostupan jer je poklopac zavaren tokom Slika 1. Nestandardne makro lokacije mernog mesta na potisu FCS Galovica Figure 1. Non-conventional macro measurment location downstream of the FPS Galovica br. 4 • oktobar-decembar • god. LV 43 nekih od prethodnih havarija. Naredni nizvodni šaht, na krivini od 90 o , isprva nije bio opcija ali nakon što se obilaskom terena utvrdilo da nijedan od nizvodnijih šahtova nije dostupan ili se nalazi unutar „divljih“ mikro naselja gde je rizik po bezbednost opreme previsok, odluka je doneta da se usvoji nestandardno rešenje pod obavezom da se primene dodatne mere kako bi se osigurala pouzdanost izmerenih podataka (više detalja u narednim poglavljima). 5. IZBOR MIKRO LOKACIJE MERNOG MESTA Određivanjem makro lokacije, stupa se u naredni korak kada treba u samom kolektoru ili crpnoj stanici definisati precizno položaj merne opreme. Odabir merne metode i hidraulički uslovi diktiraju mikro lokaciju mernog mesta. Svaka merna metoda ima svoj radni princip (Ivetić i sar., 2025; Larrarte i sar., 2021). Pristup „brzina – proticajni presek“ podrazumeva upotrebu merila brzine (najčešće unutar toka) i merila nivoa za paralelno merenje brzine i nivoa (i posredno površine proticajnog preseka). Merila brzine mogu biti potopoljena (ultrazvučna, elektromagnetna itd.) ili nepotopljena (radarska, laserska itd.). Za merila koja se potapaju u vodu, proizvođači preporučuju osno simetričnu montažu na dno kolektora. Međutim, merilo treba „podići“ ili na „platformu/stopu“ ili na bok kolektora kako bi se izbegao problem taloženja otpada preko merila. Na Slici 2. su prikazani primeri dobre prakse u montaži merila za merenje nivoa/dubine tečnosti (slika 2 levo) i brzine u kanalizacionim kolektorima (slika 2 desno). Od merila nivoa ilustrovani su primeri upotrebe merila pritisaka potopljenih u vodu (A), ultrazvučnih merila u suvom (B1) i potopljenih u vodu (B2), radarskih merila (C) i primene kamere koja snima vodomernu letvu (D). Od merila brzine tečnosti prikazana su ultrazvučna merila koja mere razliku vremena putovanja talasa između dve primopredajničke glave (E), Dopler merila na stopi za uzvišenje (F), elektromagnetnog merila podignutog na bok kolektora (I), Laser Dopler merila (G) i radarskog merila (H). Takođe, prema opštim pravilima hidrometrije, treba tražiti što pravilnije deonice kolektora, gde je razumno pretpostaviti da su strujnice paralelne, ili barem bliske paralelnim. Izbegavati „zavetrine“ odnosno postavljanje merila brzine iza izbočenja, stepenika ili krivina. 6. PRIMENA REDUDANTNOG MERENJA – TERENSKA PROVERA POUZDANOSTI Postavljanjem, odnosno instaliranjem merne opreme, prikupljaju se prvi mereni podaci o analiziranoj hidrauličkoj veličini. Dok se primenom inicijalnog matematičkog modela, odnosno rezultata puštenih simulacija, može steći osećaj u „red veličine“ koji se očekuju za mernu veličinu, treba imati u vidu da to nije garant pouzdanosti merenja. Čak i ako se dobijeni podaci uklapaju u opseg očekivanih vrednosti (red veličine), svrsishodno je izvršiti proveru primenom redudantne merne metoda. Na ovaj način sprovodi se terenska provera pouzdanosti merenja, odnosno dobija se prva potvrda o kvalitetu izmerenih podataka koja daje garanciju da je uspešno formirano merno mesto. Slika 2. Shematski prikaz primera dobre prakse u montaži merila nivoa (levo) i brzine (desno) tečnosti u kanalizacionim sistemima Figure 2. Schematic display of good installation practice examples for water level (left) and velocity (right) sensors in urban drainage systems. 44 VODA I SANITARNA TEHNIKA Prethodno je prikazan primer odabira nestandardne makro lokacija mernog mesta u šahtu gde se javlja krivina od 90o. Sa metrološke strane, bolja situacija za postavljanje opreme je uzvodno od krivine (strujnice su pravilnije) nego nizvodno (iako je najbolje izbegavati ovakve lokacije kad god je moguće!). Takođe, treba pokušati postavljanje senzora što uzvodnije od krivine, odnosno onoliko koliko je izvođaču dostupno i koliko su kablovi uređaja dugački (preporuka je da se napajanje i računska jedinica drže što bliže poklopcu šahta). U konkretnom slučaju, udaljenost merne opreme od šahta je bila oko 3 m (slika 3). Međutim, zbog opravdane sumnje da se na ovoj mikro lokaciji i dalje ne može sa sigurnošću tvrditi da su strujnice približno paralelne, pored primarnog mernog mesta formirano je i sekundarno, redudantno merno mesto sa drugom mernom metodom. Naime, blizu dna kolektora postavljeno je merilo brzine i protoka na bazi Doplerovog principa (primarno) a 0.5m uzvodnije merilo brzine i protoka na bazi elektromagnetnog principa (sekundarno). Cilj redudantnog mernog mesta je potvrda pouzdanosti merenja primarnog uređaja. Potrebno je da se rezultati merenja sa dve različite merne metode poklapaju u opsezima merne nesigurnosti, što je ovde postignuto sa prosečnim odstupanjem na dnevnom nivou od 8,7%. 7. ODABIR MERNE METODE U opštem slučaju u kanalizacionim mrežama se ostvaruje tečenje sa slobodnom površinom, dok se na potisima crpnih stanica i nekim posebnim rešenjima kanalisanja može javiti tečenje pod pritiskom. U slučaju tečenja pod pritiskom, za merenje protoka se mogu koristiti konvencionalna EM merila koja se „ugrađuju“ kao deo cevovoda ili montažnodemontažna „Clamp-on“ ultrazvučna merila protoka. Sa druge strane, kod tečenja sa slobodnom površinom mogu se razlikovati dve situacije: 1. Na mernom mestu su hidraulički uslovi takvi da postoji jednoznačna veza Q=f(H) - nakon definisanja ove relacije, merenjem samo dubine H posredno se može meriti protok Q (dok god važi navedena relacija). 2. Na mernom mestu su uslovi takvi da ne postoji jednoznačna veza Q=f(H) – neophodno je primeniti pristup „brzina – proticajni presek“ gde se paralelnim merenjem brzine V i dubine H (da bi se odredila površina proticajnog preseka A) i njihovim množenjem dobija protok Q = V ∙ A. Slučaj 1., je povoljniji i omogućava pouzdano i stabilno merenje protoka sa manjim troškovima formiranja i naknadnog održavanja mernog mesta. Po pravilu je, za dobro definisanu vezu Q=f(H) i merna nesigurnost u merenju protoka značajno niža nego u Slučaju 2. Jednoznačna veza Q=f(H) se može javiti usled postavljenog mernog objekta (suženja, praga ili preliva) ali može i usled specifičnih hidrauličkih uslova nastalih usled dispozicije kolektora ili nekog konstruktivnog detalja. Kao primer Slučaja 1, dosta interesantna situacija se javila u sabirnoj građevini potisa FCS Stara i KCS Nova na Novom Beogradu. Sabirna građevina je izgrađena preko postojećeg starog Zemunskog kolektora, tako Slika 3. Merno mesto nizvodno od FCS Galovica. Levo: Shema mernog mesta, Desno: fotografija unutrašnosti revizionog silaza pre montaže opreme Figure 3. Measurement location downstream of the FPS Galovica. Left: Measurement location scheme, Right: Photo inside the manhole prior to the equipment installation br. 4 • oktobar-decembar • god. LV 45 da betonirani kolektor formira stepenik visine 1.2 m (slika 4). Voda, po svojoj prirodi, kada naiđe na prepreku teži da je savlada sa minimumom specifične energije, formiranjući kritičnu dubinu, odnosno prelaz iz mirnog u buran režim tečenja. Praktično, javlja se situacija kao da je konstruisan merni prag ili merno suženje, odnosno dolazi do formiranja jednoznačne veze Q=f(H). Ova činjenica je iskorišćena, pa su na ovom lokalitetu formirana dva merna mesta: primarno sa merilom nivoa i sekundarno sa merilom brzine i dubine za definisanje veze Q=f(H). Nakon što je veza određena, sekundarno merno mesto je demontirano, dok je primarno narednih šest meseci uspešno i pouzdano merilo protok, posredno preko nivoa. U Slučaju 2., koji je dosta složeniji, ključno je adekvatno odabrati mernu metodu/opremu i za merenje dubine i za merenje brzine. Više faktora utiču na odabir, među kojima su najbitniji: hidraulički uslovi na mernom mestu, fizičke karakteristike vode, karakteristike kolektora, trajanje merenja, uslovi sredine i konačno cena merenja (Godley, 2002). Svakako, bilo koja merna oprema koja se koristi u kanalizaciji mora da zadovolji posebne uslove u pogledu robusnosti i izdržljivosti (Campisano i sar., 2013; Ivetić i sar., 2025). 8. ODRŽAVANJE MERNOG MESTA U periodu između montaže i demontaže mernog mesta, obavezna aktivnost izvođača je redovno održavanje mernog mesta. Kanalizacioni sistemi su u opštem slučaju veoma nepovoljne sredine za rad merne opreme. Svaki tip kanalizacionog sistema nosi određene specifičnosti u ovom pogledu. Kod sistema za upotrebljene vode ključni problemi su vezani za taloženje/gomilanje otpada nad kućištima potopljenih merila, agresivne i korozivne gasove i isparenja koja nepovoljno utiču na opremu koja se nalazi na suvom (nepotopljena merila, računske jedinice i baterije), oštećivanje kablova itd. Sa druge strane sistemi za odvođenje kišnih voda, su (ili bi trebalo da budu) u većini vremena suvi ili sa malim dotokom od infiltracije, dok u periodima padavina pri nailasku površinskog oticaja dolazi do unosa čvrstog materijala u sam sistem (Despotović i sar., 2016) koji kretajući se velikom brzinom sa vodom može da ošteti potopljenu mernu opremu i kablove. Daljinski prenos podataka, omogućava da izvođač u skoro realnom vremenu uoči problem sa merenim podacima, koji bi ukazao da je neophodno obići merno mesto. Međutim, preporučuje se i vizuelna inspekcija ugrađene merne opreme u redovnim Slika 4. Merenje protoka korišćenjem jednoznačne definisane veze Q=f(H) Figure 4. Flow measurements utilizing defined univocal relation Q=f(H) 46 VODA I SANITARNA TEHNIKA intervalima – jednom nedeljno ili jednom u dve nedelje (ako postoji daljinski prenos podataka). Pored fizičkog dela posla, koji obuhvata obilazak mernog mesta, čišćenje i prepodešavanje merne opreme, u kontekst održavanja se mogu podvesti i aktivnosti vezane za povremenu proveru pouzdanosti pomoću redudantnog merila, analiza prikupljenih podataka (tokom trajanja merne kampanje) i eventualna rekalibracija merila na samom mernom mestu. Primena redudantnog merila je opisana prethodno u kontekstu formiranja mernog mesta, dok se ovde podrazumeva da se prilikom obilaska mernog mesta prikupi nekoliko merenja sa merilom koje se može primeniti bez vršenja posebne montaže. Primera radi, tokom sprovođenja merne kampanje na Novom Beogradu, za ovakav tip aktivnosti je korišćeno Dopler merilo protoka koje se instalira na teleskopski nosač i koje se minimum 5 minuta potopi u tok pored formiranog mernog mesta (slika5). Preporučuje se da se analiza prikupljenih podataka vrši u hodu, odnosno tokom trajanja merne kampanje. Indikatori koji mogu ukazati na problem su prvenstveno pojave neočekivanih padova ili skokova u mernim vrednostima, pojava izraženog šuma, fizički neobjašnjivih pikova, ako dinamika promene merne veličine ne odgovara očekivanoj, ili ako merne vrednosti odstupaju od matematičkim modelom definisanih opsega. Identifikovanje ovakvih fenomena je moguće samo kroz temeljnu analizu podataka, koja ukoliko se prekasno sprovede može dovesti u pitanje uspešnost merne kampanje. Samim tim, ovu aktivnost izvođač vrši tokom merenja, kako bi promptno i efikasno mogao da reaguje i minimizuje posledice po kvalitet sprovedene merne kampanje. 9. ANALIZA MERNE NESIGURNOSTI Jedan od aspekata u merenjima protoka, kojem se prema mišljenju autora ne daje dovoljno pažnje u domaćoj stručnoj javnosti, je sprovođenje analize koja može da da kvantitativnu procenu merne nesigurnosti protoka. Imajući u vidu složene uslove rada merne opreme unutar kanalizacione mreže, autori ovog rada smatraju analizu merne nesigurnosti obaveznim elementom operativne faze sprovođenja merenja. Takođe, vide je i kao mehanizam (ili barem jedan od mehanizama) za kontrolu ispunjenosti ciljeva i kvaliteta sprovedenih mernih kampanja, od strane naručioca (nažalost često ne postoji nikakva kontrola). Prema referentnim metrološkim organizacijama (JCGM, 2008), kvantitativan parametar koji opisuje pouzdanost izmerenih podataka je merna nesigurnost (a ne merna greška). Uobičajeno, za merenja protoka u kanalizacionim sistemima se prihvatljivom nesigurnošću smatraju vrednosti visoke čak do 10% (u posebnim slučajevima i više). Procenu merne nesigurnosti sprovodi sam izvođač merenja, koristeći raspoložive podatke o mernoj lokaciji, radu korišćenih instrumenata u kontrolisanim uslovima, pravila proračuna i propagacije merne nesigurnosti kod merenja složenih veličina i samih izmerenih podataka (Bertrand-Krajewski i sar., 2021b). U poglavlju „Primena redudantnog merenja – terenska provera pouzdanosti“ opisano je kako su na potisu FCS Galovica formirana dva merna mesta, odnosno primenjene su dve različite merne metode za merenje protoka sa ciljem provere hipoteze da su strujnice dovoljno pravilne, odnosno da se merenja na toj mikro lokaciji mogu smatrati pouzdanim. Kriterijum za proveru hipoteze je upravo dobijen kao rezultat analize merne nesigurnosti: ako se izmereni protoci poklapaju sa pripadajućim opsegom intervala poverenja od 95%, rezultati merenja su validni (dva uređaja imaju različite merne zapremine i postavljeni su na različitim tačkama unutar okvašenog obima kolektora). Na Slici 6. je prikazan deo rezultata merenja (osrednjenih na časovnom nivou) gde se može vizuelno uočiti navedeno preklapanje – prosečno odstupanje na dnevnom nivou od 8,7%. Slika 5. Kontrola rada pouzdanosti merenja primenom Dopler merila protoka na teleskopskom nosaču Figure 5. Using the Doppler flowmeter mounted on the telescopic rod for the flow measurement reliability control br. 4 • oktobar-decembar • god. LV 47 10. ZAKLJUČAK Merenja protoka u kanalizacionim sistemima su ključni preduslov za uspešno upravljanje ovom vitalnom komunalnom infrastrukturom. Merenja su kompleksan zadatak i moraju se sprovoditi sa jasnim, usaglašenim i nedvosmislenim ciljem, prema kojem se u inicijalnoj fazi definiše obim posla. U operativnoj fazi, neophodno je vršiti projektovanje, formiranje i redovno održavanje mernih mesta, dok se u fazi obrade rezultata merenja mora sprovesti i analiza postignute pouzdanosti, pre svega na osnovu dodatnih, redundantnih merenja. U radu su analizirani svi elementi operativne faze i faze obrade rezultata, koji imaju dominantan uticaj na obezbeđivanje kvaliteta i pouzdanosti izmerenih podataka: određivanje makro i mikro lokacije mernih mesta, odabir merne metode, kontrola pouzdanosti merenja kroz primenu matematičkog modela i redudantne merne metode, analiza hidrauličkih uslova na mernom mestu, održavanje mernog mesta i analiza merne nesigurnosti. Primeri iz merne kampanje sprovedene 2024. godine na opštini Novi Beograd su iskorišćeni za ilustraciju i detaljnija objašnjenja. Predstavljena analiza može poslužiti kao podrška domaćim JKP pri definisanju tehničkih uslova za projektovanje, formiranje i održavanje mernih mesta u kanalizacionim sistemima. Mišljenje je autora da skup tehničkih uslova koji detaljno opisuju ove aktivnosti, odnosno smernice i pravila kojih se projektanti i izvođači moraju pridržavati u njihovoj realizaciji, treba pretočiti u interne tehničke pravilnike (nadležnih JKP) za formiranje mernih mesta u kanalizacionim sistemima. Definisanjem, i adekvatnom primenom, takvih pravilnika značajno bi se unapredila kako metrološka praksa u kanalizacionim sistemima, tako i samo funkcionisanje ovih vitalnih infrastrukturnih komunalnih sistema. Slika 6. Izmereni protoci na potisu FCS Galovica, osrednjeni na časovnom nivou, pomoću dve merne metode sa pripadajućim intervalima poverenja od 95% Figure 6. Hourly flow measurements with corresponding 95% confidence intervals downstream of FPS Galovica, obtained with two measurement methods