حل مشکل نشت در بخش آب ممکن است ساده‌تر از چیزی باشد که فکر می‌کردیم .

کاهش نشتی یکی از اهداف اصلی شرکت‌های آب در بریتانیا و بسیاری از کشورهای دیگر است، اما روش‌های شناسایی و رفع نشتی سال‌هاست که تغییر نکرده‌اند. یک شرکت فناوری بریتانیایی با نوآوری‌های انقلابی خود در حال تغییر این روند است.

تمام شرکت‌های آب در بریتانیا برای دوره هشتم مدیریت دارایی‌ها (AMP8) که از سال ۲۰۲۵ تا ۲۰۳۰ ادامه دارد، هدف‌گذاری‌هایی برای کاهش نشتی دارند. همچنین نهاد نظارتی Ofwat هدفی تعیین کرده که تا سال ۲۰۵۰ میزان نشتی در کل شبکه را به نصف کاهش دهد (نسبت به سطح پایه سال‌های ۲۰۱۷-۲۰۱۸).

با این حال، روش‌های سنتی برای تعمیر نشتی‌ها—که معمولاً شامل حفاری زمین و خیابان‌هاست—هزینه‌بر، زمان‌بر و همراه با اختلال در تردد هستند. این روش‌ها همچنین ممکن است دقت کافی نداشته باشند.

بنیان‌گذاران شرکت Origin Tech، فیل سورتیس و جان مارسدن، این مشکل را به‌عنوان یک فرصت شناسایی کردند و تصمیم گرفتند تخصص خود در حوزه نفت و گاز را برای یافتن راه‌حل به‌کار بگیرند.

نتیجه تلاش آن‌ها، راه‌حل اختصاصی "بدون حفاری" (No Dig) بود که اکنون توسط ۱۲ شرکت آب در انگلستان برای رفع هزاران نشتی در سال استفاده می‌شود—بدون مشکلات و محدودیت‌های روش‌های سنتی.

بدون حفاری

هنگام مشاهده راه‌حل "بدون حفاری" در عمل روی یک دستگاه آزمایشی با لوله‌های شفاف که می‌توانید عملکرد آن را به وضوح ببینید، سرعت آن به طور شگفت‌انگیزی زیاد است. یک محلول وارد لوله می‌شود، به سرعت به محل نشت حرکت می‌کند و در عرض چند ثانیه آن را مسدود می‌کند.

اگر فکر کنید این یک ابر آینده‌نگرانه از نانوربات‌های دقیقاً برنامه‌ریزی شده است، حق با شماست. اما حقیقت این است که این فناوری مبتنی بر فیزیک و شیمی کلاسیک است.

این محلول یک ماده غلیظ گچی است که ذرات تیره‌تر با اندازه‌های مختلف در آن شناورند. این ذرات کربنات کلسیم هستند و همان عنصری هستند که سوراخ را مسدود می‌کنند. محلول شامل آب و یک عامل ژل‌کننده گزانتان است که مشابه مواد مورد استفاده در ماست بوده و ذرات را در حالت تعلیق نگه می‌دارد.

سورتیس می‌گوید: "این محصول در ابتدا برای استفاده در حفاری نفت و گاز فرموله شده بود، اما واضح است که چنین ماده‌ای را نمی‌توان در لوله‌های آب استفاده کرد. در طول دوران کووید، جان و من با هم در یک محیط ایزوله کار کردیم، یک واحد در منطقه صنعتی تیز ولی اجاره کردیم و شروع به آزمایش فرمول‌های مختلف کردیم. ما جوشکاری لوله‌ها را با تماشای ویدیوهای یوتیوب یاد گرفتیم و در نهایت فرمول را به چیزی تغییر دادیم که برای استفاده در شبکه آبرسانی مناسب باشد."

ما لوله‌های مختلفی از جنس‌ها، قطرها و ضخامت‌های متفاوت جمع‌آوری کردیم و یک پایگاه آزمایشی ساختیم. می‌توانستیم ترکیب مخلوط و دمای آب را تغییر دهیم تا ببینیم چه تأثیری بر عامل ژل‌کننده دارد. عمداً نقاط معیوبی در لوله‌ها ایجاد کردیم، مجموعه‌ای از رژیم‌های آزمایشی طراحی کردیم و تا زمانی که به بهترین نسخه محصول دست یافتیم، به طور سیستماتیک کار کردیم.

از آنجا، مسئله برقراری ارتباط با شرکت‌های آب برای سنجش علاقه‌مندی بود و Origin Tech خوش‌شانس بود که شرکت آب محلی، Northumbrian Water، اولین علاقه‌مند بود.

هاوی، رئیس شبکه‌های آب Northumbrian Waterمی‌گوید: «ما به نوآوری خود می‌بالیم. ما یک جشنواره نوآوری داریم که توسط مدیر سابق ما ایجل واتسون بنیان گذاشته شد و پایه‌های لازم برای بررسی فرصت‌های انجام کارها به روشی متفاوت را برای ما فراهم کرد.»

Origin Tech راه‌حل «بدون حفاری» خود را به جشنواره نوآوری ۲۰۲۱ آورد و Northumbrian Water بلافاصله پتانسیل آن را دید. این شرکت تصمیم گرفت از Origin Tech با بودجه و استفاده از تأسیسات بازنشسته برای آزمایش محصول حمایت کند.

در این مرحله، راه‌حل کار می‌کرد، اما روشی برای استقرار آن هنوز طراحی نشده بود.

ریچارد ایروینگ، مدیر منطقه‌ای در تیم شبکه‌های آب Northumbrian Water می‌گوید: «ما به آن‌ها کمک کردیم تا نحوه ورود و خروج محصول به لوله را بدون تأثیر بر کیفیت آب و در عین حفظ ایمنی مشخص کنند.»

روشی که تیم طراحی کرد شامل تزریق مایع به لوله ارتباطی از طریق جعبه انشعاب ملک است که بین لوله اصلی آب و ملک قرار دارد و کنتور و شیر قطعی آب را در خود جای داده است.

یک قطعه T با طراحی خاص به بالای جعبه انشعاب پیچ می‌شود و محلول در آن ریخته می‌شود. یک پمپ هوا را به داخل قطعه T تزریق می‌کند تا فشار آن به میزان ۲ بار بالاتر از فشار آب در لوله برسد. سپس محلول به داخل لوله رها می‌شود و به مسیر نشت کشیده می‌شود، جایی که ذرات کربنات کلسیم به داخل سوراخ رانده شده و به گونه‌ای در هم چفت می‌شوند که به سرعت آن را مسدود می‌کنند. فشار به مدت پنج دقیقه می‌ماند و سپس محلول باقی‌مانده از لوله شستشو داده می‌شود.

اروینگ می‌گوید: «احتمالاً حدود یک هفته طول کشید تا بفهمیم چگونه این کار را انجام دهیم. ایمنی مهم‌ترین نکته در کنار کیفیت آب است، زیرا هنگام استفاده از هوای فشرده باید مراقب باشید. اما ما چند دستگاه آزمایشی راه‌اندازی کردیم، نشش‌ها را شبیه‌سازی کردیم و جواب داد.»

پس از اثبات این روش، زمان زیادی نبرد تا نورثامبریان واتر شروع به استفاده از «بدون حفاری» در میدان کند. این شرکت از سال ۲۰۲۲ شروع به تغییر فرآیند خود کرد.

اروینگ گفت: «وقتی روش را داشتیم و از نحوه عملکرد آن راضی بودیم، شروع به اجرای آن به عنوان بخشی از برنامه‌ریزی متمرکز خود کردیم. اما کاری که باید انجام می‌دادیم این بود که همه تیم‌های حاضر در شبکه‌های اصلی آب نورثامبریان را توجیه کنیم که قبل از ثبت درخواست برای تعمیر نشتی، اگر معیارهای خاصی را داشته باشد - مثلاً اگر بین جعبه انشعاب و لوله اصلی باشد - می‌توانیم تعمیر بدون حفاری را امتحان کنیم.

«بزرگترین کار این بود که همه این موضوع را بپذیرند، چون چیز جدیدی بود، اما مردم آن را پذیرفتند و فهمیدند که می‌توانیم این کار را انجام دهیم، به یک روال عادی کسب‌وکار تبدیل شد.»

هاوی ذکر می‌کند که تنها شش ماه طول کشید تا این روش بخشی از کار منظم نورثامبریان شود - و خیلی طول نکشید که سایر شرکت‌های آب به آن علاقه نشان دهند.

سورتیس می‌گوید: «تیم‌های کنترل نشت صنعت آب در انجمن‌های مختلف با هم در ارتباط هستند و افراد زیادی با هم تبادل نظر می‌کنند، بنابراین هر کسی محصولی داشته باشد که به نظر نوآورانه و کارآمد می‌رسد، خبر به سرعت پخش می‌شود.»

اروینگ می‌گوید: «شرکت‌های آب به ما زنگ می‌زدند چون متوجه شده بودند که ما شروع به استفاده از آن به عنوان بخشی از کسب‌وکار عادی خود کرده‌ایم، سپس خودشان آمدند تا شاهد نمایش آن توسط اوریجین باشند.»

امروزه، با استفاده ۱۲ شرکت آب در انگلستان از راه‌حل «بدون حفاری» اوریجین تک، این شرکت می‌گوید سالانه حداقل ۲۸ میلیون لیتر آب صرفه‌جویی می‌شود - اگرچه این یک برآورد محافظه‌کارانه است زیرا فقط تعمیرات انجام شده مستقیم توسط اوریجین را در نظر می‌گیرد و شامل استفاده شرکت‌های آب از این فناوری نمی‌شود.

با این حال، اعتقاد بر این است که پتانسیل انجام کارهای بسیار بیشتری با «بدون حفاری» وجود دارد.

سورتیس می‌گوید: «ما عمدتاً بر روی لوله‌های با قطر کوچک - لوله‌های انشعاب - کار کرده‌ایم، اما در حال کار بر روی لوله‌های اصلی با نشش‌های بزرگتر هستیم که خود چالش‌های خاصی در زمینه ورود و خروج محصول دارد.»

در مقایسه با لوله‌های انشعاب، لوله‌های اصلی می‌توانند قطر بسیار بزرگتری داشته باشند و نقطه دسترسی می‌تواند بسیار دورتر از نشتی باشد - احتمالاً تا ۵۰ متر. استقرار «بدون حفاری» از طریق روشی که در آن لوله‌های کوچک‌تر استفاده می‌شود، امکان‌پذیر نخواهد بود. اوریجین تک یک روش جدید برای غلبه بر این موانع ابداع کرده که در آزمایش‌ها موفقیت‌آمیز بوده است.

سانتر، مدیر تجاری اوریجین تک توضیح می‌دهد: «ما اکنون یک روش استقرار نقطه‌ای توسعه داده‌ایم که در آن با یک میکروفون آکوستیک و یک دوربین روی یک قرقره شلنگ نصب شده با کابل چهار هسته‌ای داخل آن وارد می‌شویم که به شما امکان می‌دهد آن را در طول لوله فشار دهید.

«در انتهای آن قسمتی وجود دارد که با «بدون حفاری» پر شده و یک پیستون دارد که توسط فشار هوا فعال می‌شود.

«وقتی آن را پایین می‌فرستیم و نشتی را با دوربین و میکروفون پیدا می‌کنیم، می‌توانیم تصاویری بگیریم تا بدانیم کجاست و چه چیزی را تعمیر می‌کنیم. سپس فشار را اعمال می‌کنیم که پیستون را از throughبخش سرنگی لوله می‌فرستد و محصول «بدون حفاری» را از طریق یک نازل تزریق می‌کند.»

این استقرار موضعی با همان کارایی روش اصلی عمل می‌کند.

سانتر ادامه می‌دهد: «مقدار محصولی که در لوله قرار می‌گیرد را می‌توان به مقدار بهینه کاهش داد. ما  روی این کار می‌کنیم که بسته به قطر لوله چقدر محصول نیاز دارید. در حال حاضر، یک لوله با قطر 6 اینچ (15.2 سانتی‌متر) با حدود 300 میلی‌لیتر از محصول کار می‌کند که در یک جریان بزرگ آب مقدار واقعاً کمی است.»

در حالی که بزرگترین سوراخی که  توسط «بدون حفاری» قابل تعمیر است حدود 6 میلی‌متر قطر دارد - که شامل اکثر نشش‌های شبکه آب می‌شود - سورتیس فکر می‌کند پتانسیل بزرگتر شدن وجود دارد.

او می‌گوید: «فکر می‌کنم می‌توانیم بزرگتر برویم، اما اگر اندازه ذرات [کربنات کلسیم] که ما استفاده می‌کنیم را افزایش دهیم، وزن را نیز افزایش می‌دهیم. فکر می‌کنم احتمالاً بتوانیم کمی بالاتر برویم، اما نقطه محدودیتی خود را خواهد داشت. ما هنوز نمی‌دانیم کجاست، که جالب است.»

شناسایی و تعمیر

"بدون حفاری" تنها راهی نیست که اوریجین تک به بخش آب کمک می‌کند تا بر مشکلات نشت غلبه کند - این شرکت همچنین از داده‌های ماهواره‌ای و یادگیری ماشینی برای کمک به شناسایی محل وقوع نشت‌ها استفاده می‌کند.

این تحول مدت‌ها است که در بخش آب در حال انجام است، بخشی که برای دهه‌ها به «گوشی شنود» (listening stick) متکی بوده است. اگرچه نمونه‌های مدرن آن امروزه می‌توانند به نرم‌افزار تشخیص نشت متصل شوند، اما همچنان نیازمند آن است که یک مهندس به محل اعزام شده و دستگاه را در نقاط دسترسی قرار دهد و تشخیص دهد که آیا در مجاورت نشت وجود دارد یا خیر. این یک رویکرد وقت‌گیر و ناکارآمد است - نه اینکه فشار کاری زیادی به مهندس آب وارد می‌کند.

اوریجین تک با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و سایر نقاط داده، بخش اعظم کار میدانی را حذف و دقت را افزایش می‌دهد.

سایمون اسکات، مدیر بخش "بدون حفاری" اوریجین تک می‌گوید: «ما یک تحلیل سنجش از دور داریم که به یک مدل GIS [سیستم اطلاعات جغرافیایی] تغذیه می‌شود و آن را با داده‌های تاریخی پنج ساله آموزش می‌دهیم. سپس این داده‌ها را ترسیم کرده و مدل خود را آموزش می‌دهد تا عواملی مانند حرکت زمین، رطوبت خاک و رشد پوشش گیاهی - مثلاً اگر چمن در منطقه خاصی سبزتر باشد - را بررسی کند. مدل به خود آموزش می‌دهد که بداند از نظر تاریخی، عوامل خاصی نشان‌دهنده نشت بوده و به عنوان نشت تأیید شده‌اند.»

«با استفاده از آن داده‌ها، می‌تواند «نقاط مورد نظر» در شبکه آبرسانی را بر اساس احتمال وجود نشت ارزیابی کند. سپس تکنسین‌های ما از سایت بازدید کرده و اطلاعات را به پلتفرم بازخورد می‌دهند. اگر نشت تأیید شود و برای استقرار «بدون حفاری» مناسب باشد، آنجا و در همان لحظه آن را تعمیر می‌کنیم. اگر برای «بدون حفاری» مناسب نباشد، این اطلاعات را به مشتری بازخورد می‌دهیم تا به روش سنتی با آن برخورد کند.»

در مواردی که «بدون حفاری» قابل استفاده است، اوریجین می‌گوید امکان دارد از شناسایی نشت تا تعمیر آن در کمتر از ۶۰ دقیقه انجام شود.

شرکت‌های آب متعددی در حال حاضر از داده‌ها و داشبورد انحصاری اوریجین برای شناسایی نشت‌های احتمالی در شبکه‌های خود استفاده می‌کنند. 

هاوی می‌گوید: «مانند یک فروشگاه یک‌مرحله‌ای است. این همان چیزی است که ما نیاز داریم، زیرا - برای کل صنعت - نشت یک چالش عظیم است و در طول این دوره AMP، ما اهداف کاهش نشت سال به سال داریم.

اگر بخواهید طبق روال معمول گذشته عمل کنید—مثلاً با استفاده از «گوشی شنود» (listening stick)—این کار بسیار زمان‌بر است. حالا اگر بخواهید به روش سنتی آن را تعمیر کنید، باید ابتدا مجوز حفاری خیابان را دریافت کنید که ممکن است تا ۱۰ روز کاری طول بکشد—و این خودش هزینه دارد. شرایط روزبه‌روز محدودتر می‌شود و به‌زودی هزینه اجاره لاین‌های ترافیکی هم اعمال خواهد شد؛ برخی از این جاده‌های حساس از نظر ترافیکی ممکن است روزانه حدود ۲۵۰۰ پوند هزینه داشته باشند. و نکته مهم این است که باید دقیقاً محل نشتی را پیدا کنید، چون آخرین چیزی که می‌خواهید این است که مجبور شوید محدوده حفاری را گسترش دهید.