O bezpieczeństwie zaopatrzenia w wodę About water supply safety

O bezpieczeństwie zaopatrzenia w wodę About water supply safety

O bezpieczeństwie zaopatrzenia w wodę
About water supply safety
Janusz R. Rak, Barbara Tchórzewska-Cieślak
Politechnika Rzeszowska, Katedra Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków
Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów, Poland
e-mail: [email protected], [email protected]
ABSTRACT
The Water Safety Plan (WSP) is assumed to be a way to ensure that water supply to people is safe for
consuming, through the fulfillment. of health protection standards. The purpose of this work is to analyses factors which are helpful to describe and evaluate water supply system (WSS) safety. Water supply
safety is defined as the state of water management allowing to meet current and prospective consumers
demand for water, in a technologically and economically justified way, when water protection requirements are met. The ALARP procedure, according to which risk should be as low as reasonably practicable, was discussed in details The rules for a choice of a method for risk evaluation, were indicated. The
numerical values characterizing the levels of individual and group risk, .were given. A graph showing
difficulties caused by lack of water supply , based on the relative failure rate in the particular types of
water-pipe network, has been developed.
Keywords: water supply system, safety
1. Wstęp
Historia rozwoju cywilizacji nierozłącznie
związana jest z dostępem do źródeł słodkiej
wody. Człowiek od zawsze marzył o pokonywaniu dużych odległości w poszukiwaniu skarbów. Jednym z takich skarbów jest życiodajna
woda. Dowodzą tego liczne mity baśniowe i
legendy jak chociażby o „latającym dywanie”,
siedmiomilowych butach” czy „skrzydłach
Ikara”. Praczłowiek genetycznie przez miliony
lat przystosował się do poruszania się z prędkością pieszego (5-6 km/h) i dopiero udomowienie
konia spowodowało wzrost prędkości poruszania i zwiększyło zasięg przemieszczania w celu
poszukiwania wody. Niezwykle oryginalny
prawny początek problematyki bezpieczeństwa
stanowiła „Ustawa o czerwonej fladze (ang. Red
Flag Act). Zarządzenie z 1865 roku wprowadziło w Wielkiej Brytanii nakaz poprzedzania
omnibusów parowych osobą biegnącą 60 jardów (~55m) przed pojazdem z czerwona chorągiewką, a w nocy z latarnią, celem ostrzegania
pozostałych użytkowników dróg. W roku 1878
skrócono dystans między pojazdem, a osobą z
flagą do 20 jardów. Zarządzenie Locomotives
on Highcoays Act zostało uchylone dopiero w
1895 roku. Plan Bezpieczeństwa Wodnego (ang.
Water Safety Plan - WSP) z założenia ma być
skutecznym sposobem zapewnienia dostawy
wody bezpiecznej dla spożycia przez ludzi poprzez spełnienie standardów ochrony zdrowia
(Rak J.,2005) W głównej mierze opiera się na
analizie ryzyka i zarządzaniu ryzykiem we
wszystkich podsystemach; systemu zaopatrzenia
w wodę (SZW); od ujęcia w źródle wody surowej do konsumenta (Tchórzwska –Cieślak B,
2007) Podstawowymi celami WSP o ochronie
zdrowia człowieka jest zapewnienie dobrej
praktyki w dostarczaniu wody poprzez minimalizację zanieczyszczenia źródła wody, zredukowanie lub wyeliminowanie zanieczyszczeń
poprzez procesy uzdatniania, zapobieganie
wtórnym zanieczyszczeniom w sieci dystrybucyjnej i instalacjach wewnętrznych. Ogólna
analiza SZW ma na celu identyfikować potencjalne zagrożenia w każdej części systemu poprzez określenie poziomu ryzyka oraz odpowiednie procedury do jego kontroli w celu zapewnienia dostawy bezpiecznej wody do spożycia. Wymagane jest przy tym przestrzeganie
standardów i wartości docelowych, które mają
zapewnić ochronę zdrowia konsumentów wody.
W strategicznych punktach SZW dokonuje się
standardowych procedur w postaci: identyfikacji zagrożeń, oceny ryzyka, ustalenie środków
kontrolnych celem zredukowania lub wyeliminowania ryzyka, walidacji i monitoringu środków kontrolnych (Markowski A., S., 2001, Rak
J., Tchórzewska –Cieślak B., 2005). Podejście
do WSP szczegółowo opisują Wytyczne Jakości
172
Wody do Spożycia (ang. Guidelinesfor Drinking – Water Quality) z 2004 roku ogłoszone
poprzez Światową Organizację Zdrowia (ang.
WHO).
Celem pracy jest przedstawienie czynników dających podstawy opisu i oceny bezpieczeństwa SZW. Zaprezentowano ilościowe
miary, które warunkują dokonanie kategoryzacji
ryzyka i metody jego analizy. Analizy i oceny
ryzyka stają się wymogiem WSP i obowiązującego rozporządzenia Ministra Zdrowia w sprawie jakości wody do spożycia z dnia 29 marca
2001roku (Dz. U. Nr 61,poz.417).
2. Bezpieczeństwo SZW
W zakresie terminologii bezpieczeństwa systemów technicznych wyróżnia się:
• system zapewnienia bezpieczeństwa – SRS
(ang. Safety Related System),
• pewność bezpieczeństwa – SI (ang. Safety
Integrity),
• poziom pewności bezpieczeństwa – SIL
(ang. Safety Integrity Level),
• system blokadowy bezpieczeństwa – SIS
(ang. Safety Interlock System).
System zapewnienia bezpieczeństwa
(SRS) opiera się na niezależnych barierach
bezpieczeństwa – ISL (ang. Independent Safety
Layer). W skład ISL wchodzą niezależne bariery zabezpieczające – IPL (ang. Independent
Protection Layer) oraz niezależnych barier
ograniczających skutki awarii – IML (ang. Independent Mittigation Layer). Wielowarstwowy
system zabezpieczeń ma strukturę szeregową i
przy pomyślnym wykonaniu zadania przez
barierę niższą nie ma konieczności zadziałania
bariery wyższego poziomu (Faber M., Steward
M., 2003, Markowski A., 2001). W skali makro
bezpieczeństwo w zakresie zaopatrzenia w wodę definiowane jest jako stan gospodarki wodnej umożliwiający pokrycie bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na
wodę, w sposób technicznie i ekonomicznie
uzasadniony, przy zachowaniu wymagań ochrony środowiska wodnego. Szczegółową definicję bezpieczeństwa zaopatrzenia w wodę do
spożycia podaje rozporządzenie Ministra Zdrowia w sprawie jakości wody do spożycia – woda jest bezpieczna dla zdrowia ludzkiego, jeżeli
jest wolna od mikroorganizmów chorobotwórczych i pasożytów w liczbie stanowiącej potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego, substancji chemicznych w ilościach zagrażających
zdrowiu oraz nie ma agresywnych właściwości
korozyjnych i spełnia: podstawowe wymagania
mikrobiologiczne (załącznik nr 1), podstawowe
wymagania chemiczne (załącznik nr 2), dodatkowe wymagania mikrobiologiczne, organolep-
tyczne, fizykochemiczne oraz radiologiczne
(załącznik nr 3) i dodatkowe wymagania chemiczne (załącznik nr 4).Pierwotnym i podstawowym podmiotem, którego dotyczy pojęcie
bezpieczeństwa wodnego jest odbiorca, a wtórnym podmiotem dostawca – producent wody. W
tym względzie można rozpatrywać ryzyko odbiorcy i producenta. Wiele unormowań definiuje ryzyko producenta poprzez błąd systematyczny – poprawność analizy fizykochemicznej i
błąd przypadkowy – precyzja analizy fizykochemicznej.
Błąd oceny I rodzaju polega na dyskwalifikacji
jakości wody spełniającej wymagania normatywne i odnosi się do ryzyka producenta. Błąd
oceny II rodzaju polega na akceptacji jakości
wody nie spełniającej wymagań normatywnych
i odnosi się do ryzyka odbiorcy.
Konsekwencje błędu oceny jakości
wody II rodzaju są zdecydowanie bardziej dotkliwe, szczególnie w odniesieniu do zdrowia
konsumentów.
Bezpieczeństwo zaopatrzenia w wodę
można również rozpatrywać wg. kryterium
określonej perspektywy czasowej:
• bezpieczeństwo krótkookresowe w czasie
bieżącym – operacyjne,
• bezpieczeństwo sezonowe związane z porami roiku,
• bezpieczeństwo średniookresowe przewidywane na najbliższe lata,
• bezpieczeństwo długookresowe planowane
na perspektywę 20-40 lat – strategiczne
Ryzyko powstania zagrożeń dla bezpieczeństwa SZW ma charakter przyczyn obiektywnych, błędów operatora, a także celowych
działań dewastacyjnych, sabotażowych lub
terrorystycznych (Rak J.2008). Zapewnienie
niezawodności funkcjonowania i bezpieczeństwa SZW osiąga się poprzez zarządzanie ryzykiem w każdej fazie „życia systemu” – na etapie
projektowania, w trakcie budowy i w okresie
eksploatacji (Guikema S.D, Pate-Cornell M.E,
2002). Szczególnie przyjęte rozwiązania techniczne w procesie projektowania mają istotny
wpływ na bezpieczeństwo funkcjonowania
SZW. Należy nadmienić, że istnieją również
bariery i ograniczenia w postaci kosztów, które
należy ponieść dla zapewnienia bezpieczeństwa,
a także braku odpowiednich regulacji prawnych.
Definicja bezpieczeństwa funkcjonowania SZW
obejmuje aspekt techniczno-ekonomicznośrodowiskowy brzmi: bezpieczeństwo funkcjonowania SZW to zapewnienie ciągłości dostawy
wody do odbiorcy przy spełnieniu następujących kryteriów (Łomotowski J., Siwoń Z., 2005,
Rak J, 2008):
173
•
•
niezawodność pracy systemu,
zapewnienie parametrów ilościowych i
jakościowych, akceptowalnego społecznie
poziomu ceny 1 m3 dostarczonej wody przy
uwzględnieniu aspektów wynikających z
wymogów bezpieczeństwa publicznego i
ochrony naturalnego środowiska wodnego.
Na rys. 1 pokazano główne zależności związane
z bezpieczeństwem funkcjonowania SZW
Bez piec zeń stwo SZW
Ekon omika
ak ceptow alne cen y
U warunko wan ia
eko logicz ne
zas obó w wó d
A spe kt
tec hnicz ny
Zarzą dza nie
in frastrukturą
tec hnicz ną
Bila nso wanie
p opy tu i pod aży
Gotowoś ć
do ciag łe j do stawy
Nie zawo dno ść
S ZW
Pe wnoś ć
z aslan ia
Bezp ie cze ństwo
S ZW
Pok ry cie
zap otrz ebo wania
Zd olnoś ć obrony
przed z darzen ia mi
niepo żąd any mi
Awa rie te chn ic zne
A nomalia przyrod nicze
Ata ki terro ry stycz ne
Rys. 1. Schemat blokowy bezpieczeństwa SZW
3. Ryzyko SZW
Unormowania w zakresie ryzyka opisują zasady
i cele, którymi należy się kierować, a nie wskazują konkretnych rozwiązań. Przyjmuje się trzy
poziomy ryzyka: tolerowane, kontrolowane i
nieakceptowalne (Rak J., 2005). W Wielkiej
Brytanii wprowadzono pojęcie ryzyka ALARP
(ang. As Low Asis Reasonably Practicable) –
tak niskie jak to racjonalnie uzasadnione. Lapidarnie można stwierdzić, że procedura ALARP
polega na analizie ryzyka i korzyści, przy czym:
• ryzyko powinno być szacowane z odpowiednią dokładnością,
• istnieje znacząca dysproporcja między
korzyściami wynikającymi z dalszego obniżania ryzyka, a kosztami tego obniżania.
Na rys. 2 pokazano istotę procedury ALARP
Poziom ALARP decyduje o metodzie szacowania ryzyka. Im różnica poziomu ALARP jest
mniejsza od poziomu ryzyka nieakceptowalnego, tym metoda szacowania ryzyka powinna być
dokładniejsza. Przy małych różnicach zaleca się
stosowanie metod ilościowych (ang. Quancitative Risk Assessment – QRA): metody drzewa
zdarzeń (ang. Event Tree Analysis – ETA) i
metody drzewa niezdatności (ang. Fault Tree
Analysis – FTA) (Rak J., Tchórzewska –Cieślak
B., 2005). Przy znacznych różnicach można
stosować metody matrycowe, a dla ryzyk tolerowanych metody jakościowe (opisowe) (ang.
Preliminary Hazards Analysis – PHA).
174
Na rys. 3. pokazano zakresy stosowania metod szacowania ryzyka
Wy magana bezw zględna
redukcja ryzy ka
niez ależnie od kosztów
Ryzyk o
nieakceptowalne
Ograniczenie ryz yka
aż do “dużej dy sproporcji
kosztów do korz yści”
.
Reduk cja
ryzy ka
P oziom A LA RP
Ryzyk o
k ontrolow ane
Ryzyk o
tolerowane
Monitorow anie ryzyka
zgodnie proceduram i
normaty wnym i
Ryzyk o
res ztkowe
Rys. 2. Istota procedury ALARP
Ry zyko nieakceptow alne
Ry zyko kontrolowane
Metody
ilośc iowe
P oziom A LARP
Metody matrycowe
Ryzyk o
tolerowane
Metody jakościow e
Rys. 3. Zakresy stosowalności metod szacowania ryzyka.
Ryzyko indywidualne i grupowe
Ryzyko indywidualne definiowane jest jako
prawdopodobieństwo wystąpienia wypadku
śmiertelnego lub poważnego uszczerbku na
zdrowiu człowieka spowodowanego poważną
awarią w odniesieniu do jednego roku. Poziom
ryzyka tolerowanego stanowi granica 10-6 (jeden człowiek na milion ludzi). Na rys. 4. pokazano wymagane poziomy ryzyka indywidualnego wg dyrektywy Seveso II.
Dla ryzyka grupowego górną granicę ryzyka
nieakceptowanego przyjęto na poziomie 10-3/N2
gdzie: N – liczba zejść śmiertelnych.
Na rys. 5 pokazano ideę szacowania ryzyka
grupowego
W procedurze ALARP analiza zysków w postaci redukcji ryzyka i kosztów z tym związanych
posiada kres górny dysproporcji.
Stanowi ob. granicę, przy której dalsza redukcja
ryzyka wymaga nieproporcjonalnie wysokich
kosztów. Kryteria brytyjskiego HSE (ang. Heat
and Safety Executive) wprowadzają pojęcie
statystycznego kosztu uniknięcia ofiary śmiertelnej. Oszacowanie to wynosi 106 GBP (4 mln
PLN). Pozwala to na wprowadzenie współczynnika proporcjonalności kosztów do zysków – PF
( Guikema S, D., Pate-Cornell M.E, 2002).
Obowiązuje przy tym zasada, że im wyższy
poziom ryzyka, tym większe należy ponosić
koszty na jego redukcję. Wartości współczynnika PF w zależności od uwzględnienia rozległości strat towarzyszących wypadkowi śmiertelnemu przyjmują wartości od 1:10 do 1:15. Najniższy równy jedności współczynnik PF występuje w obszarze ryzyka tolerowanego. Na rys. 6
przedstawiono przykładowy przebieg zmian
wartości współczynnika PF.
Na rys. 7 przedstawiono wykres do wstępnego
szacowania uciążliwości braku dostawy wody
na podstawie danych statystycznych częstości
awarii wyróżnionych w trzech rodzajach sieci
wodociągowej
(Rak
J.,
2005).
175
10
-3
os/rok
Ryz yko nieakceptow alne
-5
10 os/rok
Poziom A LARP
Ryz yko kontrolowane
10
Ryzyk o
tolerowane
10
-6
-8
os/rok
os/rok
Rys. 4. Kryteria ryzyka indywidualnego
1 E -2
Częstotliwoś ć F(X>N)
1E -3
1 E -4
1 E -5
Ry zyko
nieakceptow alne
1 E -6
Ry zyko
kontrolowane
1E -7
Ry zyko
tolerowane
1 E -8
1 E -9
1
10
100
1000
Rys. 5 Kryterium ryzyka grupowego
N
10 000
176
PF
10
Dopusz czalny
obszar
ALARP
1
Ryzyk o
nieakceptowalne
Ryzyk o
k ontrolow ane
Ryzyk o
tolerowane
Rys. 6 Przebieg zmian współczynnika PF w zależności od kategorii ryzyka
P rocentow e udziały liczby awarii
- podłączenia domowe
- roz dzielcza
- magistralna
100%
0%
1
90%
75%
25%
Po
ist r
a ln
a
2
ag
dł ą
3
ćm
n ia
S ie
cz e
5
mo
we
4
6
do
50%
7
25%
8
100%
9
0%
6
5
9
8
Małe straty
Średnie straty
Poważne straty
7
Bardzo małe straty
50%
S ieć rozdzielc za
0%
100%
1
2
4
3
Rys. 7. Schemat klasyfikacyjny uciążliwości braku dostawy wody na podstawie względnej częstości
występowania awarii poszczególnych rodzajów sieci wodociągowej w %.
177
4. Podsumowanie
LITERATURA
•
•
•
Bezpieczeństwo podobnie jak sprawiedliwość, szczęście, szacunek, nienawiść, jest
pojęciem powszechnie jednoznacznie rozumianym, jednak związanym z indywidualną oceną. Ryzyko jest kategorią związaną
z utratą bezpieczeństwa. Zapewnienie bezpiecznego korzystania z wodociągu publicznego wymaga korzystania z kategorii
niezawodności i bezpieczeństwa, które bardzo dobrze charakteryzuje pojęcie ryzyka.
Obejmuje ono ocenę relacji pomiędzy występującymi zagrożeniami, a stosowanymi
barierami bezpieczeństwa i ochrony
W prawodawstwie obserwuje się trend do
systemowego zapewniania bezpieczeństwa i
wprowadzania standardowych analiz i ocen
ryzyka związanego z korzystaniem z wodociągów publicznych. Takie wymogi istnieją
już w odniesieniu do ryzyka zawodowego,
zakładów o zwiększonym i dużym ryzyku
wystąpienia poważnej awarii przemysłowej
i ocen oddziaływania na środowisko.
Efektywność zapewnienia bezpieczeństwa
funkcjonowania SZW polega na upowszechnieniu wiedzy w tym zakresie i prowadzeniu dialog ze społeczeństwem oraz
posiadać wiarę w możliwości skutecznego
działania.
PODZIĘKOWANIA
Praca naukowa finansowana ze środków na
naukę w latach 2007-2010 jako projekt badawczy Nr N N523 3765 33 nt. "Opracowanie metodyki analizy i oceny ryzyka awarii systemów
zaopatrzenia w wodę z uwzględnieniem bezpieczeństwa konsumentów.
FABER M. H., STEWARD M. G.: Risk assessment for civil engineering facilities: critical
overview and discussion. Reliability Engineering and System safety, no. 80, 2003, s. 173-184.
GUIKEMA S. D., PATE-CORNELL M.E.:
Component choice for managing risk in engineered systems with generalized risk/cos functions. Reliability Engineering and System
safety, no. 78, 2002, s. 227-238.
ŁOMOTOWSKI J., SIWOŃ Z.: Metodyka
badań eksploatacyjnych przewodów sieci wodociągowych. Mat. konf. II Kongresu Inżynierii
Środowiska. Monografia Komitetu Inżynierii
Środowiska PAN, vol. 32, t. 1. Wydawn. Drukarnia Liber Duo Kolor, Lublin 2005, s. 439452.
MARKOWSKI A. S.: Ochrona społeczeństwa i
środowiska przed zagrożeniami technologicznymi. Gospodarka komunalna w miastach. Wydawnictwo PAN, Oddział w Łodzi, Komisja
Ochrony Środowiska. Łódź, 2001 r. s. 385-418.
RAK J.: Podstawy bezpieczeństwa systemów
zaopatrzenia w wodę. Wydawnictwo – Drukarnia Liber Duo Kolor Lublin, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN. vol. 28, Lublin
2005.
RAK J. Wybrane zagadnienia niezawodności i
bezpieczeństwa w zaopatrzeniu w wodę. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej,
Rzeszów, 2008.
RAK J., Tchórzewska-Cieślak B.: Metody analizy i oceny ryzyka w systemie zaopatrzenia w
wodę. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2005.
TCHÓRZEWSKA-CIESLAK B.: Szacowanie
akceptacji ponoszenia kosztów ryzyka związanego z funkcjonowaniem systemu zaopatrzenia
w wodę. Ochrona Środowiska nr 3. Wydawnictwo PZITS O/Wielkopolski, Wrocław 2007, s.
69-72.
TCHÓRZEWSKA-CIEŚLAK B.: Risk management system in water-pipe network functioning. Taylor & Francis as. Risk, Reliability and
Societal Safety, t.3, s.2463-2472, 2008.