Szkieletyzacja modelu numerycznego sieci wodociągowej i jej wpływ na jakość uzyskiwanych wyników obliczeń

• Autorzy: Suchorab Paweł , Kowalski Dariusz , Sniehirova Viktoriia , Kwietniewski Marian

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2022.12.9

Warianty tytułu

EN

The skeletonization of a water supply network model and its impact on the quality of simulated results

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wykorzystanie modeli numerycznych sieci wodociągowych stało się już powszechną praktyką nie tylko w Polsce. Wykorzystywane są różne typy tych modeli, począwszy od szkieletowych, poprzez podstawowe i szczegółowe. W procesie wspomagania decyzji eksploatacyjnych każdy z tych typów ma swoje zastosowanie. Przykładowo do obliczeń optymalizacyjnych pracy pompowni sieciowych wykorzystuje się głównie modele szkieletowe. W powszechnej praktyce modele te odzwierciedlają jedynie strukturę geometryczną i średnice przewodów magistralnych oraz niektórych rozdzielczych. Takie podejście powoduje duże problemy w procesie kalibracji. Uzyskiwane wyniki symulacji różnią się znacząco od wartości mierzonych na sieci. Biorąc to pod uwagę, w artykule zaproponowano inne podejście, a mianowicie wykorzystanie modelu zastępczego, uzyskanego po procesie szkieletyzacji skalibrowanego modelu podstawowego (odwzorowującego wszystkie przewody magistralne, rozdzielcze i niektóre przyłącza). Proces szkieletyzacji przedstawiono na bazie wybranej rzeczywistej sieci wodociągowej. Prawidłowość wyników obliczeń symulacyjnych uzyskanych za pomocą modelu uproszczonego poddano ocenie poprzez ich porównanie z wynikami uzyskanymi z monitoringu obejmującego 65 punktów pomiaru ciśnienia oraz 47 punktów pomiaru natężenia przepływu. Ocenę zgodności wyników symulacji z wynikami pomiarów przeprowadzono z wykorzystaniem wytycznych AWWA. Przeprowadzone porównania wykazały dużą zgodność wyników obliczeń i pomiarów.

EN

The application of numerical models of water supply networks has become a common practice not only in Poland. The models may be characterized by several types of geometrical structure: skeletonized, basic and detailed. Each of these types has an individual application in the process of supporting operational decisions. For example, to successfully optimize and schedule the operation of pump stations, skeletonized models are highly recommended. Typically, skeletonized models reflect the geometrical structure and diameters only of transmission mains and selected distribution pipes. Such representation of the geometrical structure of the network may cause problems during the calibration process - simulated results may differ significantly from the measured values of tested parameters. Taking that into account, the paper presents a different approach for the creation of a skeletonized model: the use of a replacement model created through the simplification of a basic model. The model, representing all mains and distribution pipes and additionally most important service connections, was skeletonized to the schematic form. The skeletonization process was presented on the basis of a selected actual water supply network. The correctness of the simulation results obtained with the use of the simplified model was compared with the measured values from the monitoring system (65 pressure monitoring points and 47 flow rate measurement points). The compliance of the simulation results with the measurement results was assessed with the use of AWWA guidelines. The conducted comparison showed a high agreement of the results of calculations and measurements.

Słowa kluczowe

PL

szkieletyzacja; model sieci wodociągowej; weryfikacja

EN

skeletonization; water supply network model; verification

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 12
• Strony: 53--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Suchorab Paweł

• Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Środowiska, Lublin

• https://orcid.org/0000-0001-9275-4800

autor

Kowalski Dariusz

• Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Środowiska, Lublin

• https://orcid.org/0000-0001-9929-1626

autor

Sniehirova Viktoriia

• Walmar Sp. z o.o

autor

Kwietniewski Marian

• Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska

• https://orcid.org/0000-0003-1696-6611

Bibliografia

• [1] Boryczko K., Wybrane metody wspomagania pracy operatora systemu zbiorowego zaopatrzenia w wodę, Instal 4(439), 2022, 36-41. DOI 10.36119/15.2022.4.4
• [2] Diao K., Fu G., Farmani R., Guidolin M. Butler D., Twin-Hierarchy Decomposition for Optimal Design of Water Distribution Systems, Journal of Water Resources Planning and Management, 142(5), 2016. DOI: 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000597
• [3] Duzinkiewicz K., Ciminski A., Drinking water distribution system modelling - an approach to skeletonization, IFAC Proceedings Volumes 39(14), 2006, 244-249. https://doi.org/10.3182/20060830-2-SF-4903.00043
• [4] Giustolisi O., Savic D., Identification of segments and optimal isolation valve system design in water distribution networks, Urban Water Journal, 7(1), 2010, 1-15. https://doi.org/10.1080/15730620903287530
• [5] Giustolisi O., Water Distribution Network Reliability Assessment and Isolation Valve System, Journal of Water Resources Planning and Management, 146(1), 2020, https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001128
• [6] Batchabani E., Fuamba M., Optimal Tank Design in Water Distribution Networks: Review of Literature and Perspectives, Journal of Water Resources Planning and Management, 140(2), 2014, 136-145. https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000256
• [7] Blinco L.J., Lambert M.F., Simpson, A.R., Marchi A., Framework for the optimization of operation and design of systems with different alternative water sources. Earth Perspectives 4(3), 2017. https://doi.org/10.1186/s40322-017-0038-2
• [8] Abdel-Mottaleb N., Ghasemi Saghand P., Charkhgard H., Zhang Q., An Exact Multiobjective Optimization Approach for Evaluating Water Distribution Infrastructure Criticality and Geospatial Interdependence, Water Resources Research, 55, 2019, 5255-5276. https://doi.org/10.1029/2018WR024063
• [9] Urbaniak A., Antonowicz A., Analiza krytyczności elementów na podstawie symulacji hydraulicznych sieci wodociągowej z wykorzystaniem biblioteki WNTR, Instal, 441(6), 2022, 43-48. DOI 10.36119/15.2022.6.6
• [10] Chang Y., Choi G., Kim J., Byeon S., Energy Cost Optimization for Water Distribution Networks Using Demand Pattern and Storage Facilities, Sustainability, 10(4), 2018, 1118. https://doi.org/10.3390/su10041118
• [11] Salomons E., Housh M., Practical real-time optimization for energy efficient water distribution systems operation, Journal of Cleaner Production, 275, 2020. https://doi.org/10.1016/j.jcle-pro.2020.124148
• [12] Kwietniewski M., Chudzicki J., Miszta-Kruk K., Kowalska B., Kowalski D., Musz A., Mierzwa A., Zintegrowany System Zarządzania Infrastrukturą Techniczną na przykładzie Wodociągów Puławskich. Inżynieria Bezwykopowa, 6, 2012, 78-80.
• [13] Martínez-Solano J.F., Iglesias-Rey P.L., Mora-Meliáb D., Fuertes-Miquel V.S., Exact Skeletonization Method in Water Distribution Systems for Hydraulic and Quality Models, Procedia Engineering, 186, 2017, 286-293. http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2017.03.246
• [14] Arena C., Cannarozzo M., Fortunato A., Scolaro I., Mazzola M.R., Sensitivity of regional water supply systems models to the level of skeletonization - a case study from Apulia, Italy. Procedia Engineering, 119, 535-544, 2015. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.905
• [15] Bahadur R., Johnson J., Janke R., Samuels W.B., Impact of Model Skeletonization on Water Distribution Model Parameters as Related to Water Quality and Contaminant Consequence Assessment, Eighth Annual Water Distribution Systems Analysis Symposium (WDSA), Cincinnati, Ohio, August 27-30 2006. https://doi.org/10.1061/40941(247)64
• [16] Bentley Systems, Walski T.W., Chase D.V., Savic D.A., Grayman W., Beckwith S., Koelle E., Advanced distribution modeling and mamagement. Bentley Institute Press, Exton, Pensylvania, 2007.
• [17] https://www.waterworld.com/drinking-water/distribution/article/16204281/skelebrator-from-haestad-methods-reduces-water-distribution-network-modelbuilding-time (data dostępu: 2005.08.22)
• [18] ECAC. “Calibration Guidelines for Water Distribution System Modeling.” Proceedings, AWWA ImTech Conference, New Orleans, LA. April 18-21, 1999.
• [19] Kasino W., Suchorab P., Kowalski D., Inteligentny System Zarządzania Siecią Wodociągową w Żywcu, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 10, 2021, 16-19. DOI: 10.15199/17.2021.10.3
• [20] Walski, T., Why global standards for calibration of water distribution models won’t work, Journal American Water Works Association, 111(5), 2019, 31-34. https://doi.org/10.1002/awwa.1287
• [21] Kowalski D., Kowalska B., Suchorab P., Smart water supply system: A quasi intelligent diagnostic method for a distribution network, Applied Water Science, 12(6), 2022, 1-9. https://doi.org/10.1007/s13201-022-01656-w

Uwagi

1 Niniejszy artykuł został sfinansowany z indywidualnego grantu wewnętrznego (FD-20/IS-6/034) Politechniki Lubelskiej.

2. Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)