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. Tehnikaülikoolis sel teemal oma doktoritööd kaitsnud Nils Kändler nendib, et torustike ülekoormus võib kaasa tuua nii üleujutuse kui ka ühisvoolse kanalisatsiooni ülevoolu. Neist mõlemad kahjustavad linna- ja elukeskkonda ning kannatavad ka linnaelanikud.

Linnade veesüsteemide toimimist mõjutavad lähematel aastakümnetel nii kiire urbaniseerumine, kliima muutused kui ka taristu tehnilise seisukorra halvenemine. Seni on probleemi lahendamiseks pigem laiendatud või suurendatud olemasolevat sademevee süsteemi. Näiteks on paigaldatud aina uusi torustikke ja mahuteid või suurendatud olemasolevate torustike läbilaskevõimet. Pikemas perspektiivis ei ole selline lähenemine aga mõistlik.

Eespool nimetatud tegurite koosmõju on sellise ulatusega, et tavapärasel viisil ei ole enam võimalik süsteeme muutuvate oludega kohandada. Nõnda otsitakse uusi nutikaid lahendusi, mis kaasaksid ka maapealset linnaruumi ja võimaldaksid kontrollida torustikku juhitud vee kogust.

Olemasolevate juhtimissüsteemide kasutamine sellisel moel on oluliselt raskendatud. Kuna süsteemid on tsentraalsed, ei võimalda need piisavalt kiiresti ennustada süsteemi käitumist ja neid on keeruline rakendada sissevoolude kontrolliks, mis asuvad suurel maa-alal kogu linna valgala ulatuses.

Kuidas olukorda muuta?

Siinkohal võib appi tulla Kändleri doktoritöö, mis keskendus mudelipõhise ennustusvõimekusega juhtimisalgoritmi loomisele. Loodud algoritm võimaldab ette ennustada vihma või muu häiringu mõju sademevee süsteemi torustiku vooluhulkadele ja anda täituritele ette seaded tippvooluhulga piiramiseks. Sellega kaasneb omakorda üleujutusohu vähenemine terves linna süsteemis.

Oluline on seegi fakt, et algoritmil on detsentraliseeritud ülesehitus, mis võimaldab juhtida sissevoolusid sõltumatult ja muudab süsteemi rikete suhtes töökindlamaks.

Võrreldes teiste samalaadsetega on Kändleri loodud algoritmil oluline eelis. Täituri seadete leidmiseks kasutatakse dünaamilist mudelit, kuid see 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.

Targad torustikud kahes Eesti linnas

Doktoritööd juhendanud Ivar Annus kinnitas, et üha sagenevate ja intensiivsemate vihmade korral ei ole võimalik ega otstarbekas jätkata senise sademevee süsteemide juhtimisloogikaga. Eeskätt näeb see praegu ette 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," selgitas Tallinna Tehnikaülikooli hüdromehaanika teadus- ja katselaboratooriumi juhataja.

Välja pakutud detsentraliseeritud lahenduse investeeringu vajadus ei ole suur. Süsteemi rakendamiseks on Annuse sõnul vaja aga 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," märkis Annus.

Käimasoleva DEPART projekti raames on järgmise kolme aasta jooksul plaanis välja töötatud juhtimisalgoritm ühes Eesti linnas ka reaalselt tööle panna.

Kiirem, tõhusam ja odavam
Töö raames katsetati algoritmi kolmel pilootalal, et juhtida reguleeritavaid restkaeve, maa-aluseid kontrollkaeve ja tänava pinnas asetsevaid akumulatsioonimahuteid. Tulemustest selgus, et kontrollalgoritm on võimeline vähendama tippvooluhulka kuni poole võrra. Samas hoidis see vee sissevoolu torustikku püsivalt alla ette antud piirmäära ja vähendas üle ujutanud kaevude arvu kuni 30 protsendi võrra.

Algoritm oli ka ajaliselt kiirem kui enamik olemasolevaid lahendusi. Näiteks 18 tänavareservuaari seadete arvutus võttis ühe minutilise ajasammu kohta aega 0,11 sekundit. Analüüsi põhjal on välja töötatud lahendus lisaks tehnilistele eelistele majanduslikult tasuv. Võttes arvesse nii investeeringute kui ka püsikulude suurust, on lahendus tavapärastest üleujutusriski vähendavatest meetoditest umbes viiendiku võrra odavam.

Koostööd napib

Kuigi töös esitatud sademevee süsteemi juhtimislahendusi testiti kolmel pilootalal, on need kavandatud universaalseks. Teisisõnu saaks neid kasutada igas linnapiirkonnas, kus seistakse silmitsi sademeveesüsteemide ülekoormuse ohuga. Oluline on asjaolu, et maapealsed struktuurid, nagu olemasolevad läbilaskvad pinnad, on 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. 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.

Nils Kändleri töö ilmestab aga, et linna sademevee äravoolu parandamiseks on eri osapoolte koordineeritud koostöö hädavajalik.

Tutvu doktoritööga Tallinna Tehnikaülikooli digikogus.