The influence of selected factors on the failure rate of the water pipelines located on t he area of the impact of mining tremors

• Autorzy: Kilian-Błażejewska E.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2018.2.18

Warianty tytułu

PL

Wpływ wybranych czynników na intensywność uszkodzeń przewodów podsystemu dystrybucji wody, zlokalizowanych na terenie oddziaływania wstrząsów pochodzenia górniczego

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article presents the influence of the selected factors, including mining tremors, described by the parameter PGVHmax on the failure rate of the water distribution pipelines. In created multiple regression models, the following independent variables were used: diameter and material from which the pipes were made, operation time without failure, the age of pipes, the value of pressure and PGVHmax. The values of PGVHmax in places with damaged water pipelines were determined by constructed the seismic wave propagation models. The analysis was carried out for a random sample of all water pipelines and extracted from this sample new groups: steel and gray cast iron pipes, their diameters, diameters and materials, and their construction time.

PL

W artykule przedstawiono badania wpływu wybranych czynników, w tym wstrząsów pochodzenia górniczego, opisanych za pomocą parametru PGVHmax na intensywność uszkodzeń przewodów podsystemu dystrybucji wody. Jako zmienne niezależne w utworzonych modelach regresji wielorakiej przyjęto: średnicę i materiał z którego wykonane są przewody, czas pracy bezuszkodzeniowej, wiek przewodów, wysokość ciśnienia i PGVHmax. Wartości PGVHmax w miejscach występowania awarii przewodów wodociągowych, wyznaczone zostały na podstawie zbudowanych modeli propagacji fali drgań w ośrodku gruntowym. Analiza przeprowadzona została dla próby losowej obejmującej sumarycznie wszystkie przewody sieci wodociągowej magistralnej, rozdzielczej i przyłącza oraz dla wyodrębnionych z tej grupy prób losowych obejmujących: przewody zbudowane ze stali i z żeliwa szarego, przewody z uwzględnieniem ich średnicy, średnicy i materiału oraz z uwzględnieniem czasu ich budowy.

Słowa kluczowe

EN

water distribution system; mining tremors; failure rate of water pipelines

PL

podsystem dystrybucji wody; wstrząsy górnicze; intensywność uszkodzeń przewodów sieci wodociągowej

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 20, no. 2
• Strony: 308--317
• Opis fizyczny: Bibliogr. 55 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kilian-Błażejewska E.

• Institute of Water and Wastewater Engineering Faculty of Energy and Environmental Engineering Silesian University of Technology ul. Akademicka 2A, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• 1. Atkinson G. M., Boor D. M., Earthquake ground-motion prediction equation for Western North America, Bulletin of the Seismological Society of America 2006; 96: 2181-2205, https://doi.org/10.1785/0120050245.
• 2. Bańka P., Kołodziejczyk P., Lier E., Wykorzystanie wyników pomiarów parametrów drgań gruntu do wyznaczenia wartości współczynnika amplifikacji drgań, Przegląd Górniczy 2016, 4 (1121): 71-79.
• 3. Boron P., Dulińska J., The dynamic analysis of a steel pipeline under a seismic shock, Procedia Engineering 2017, 199: 104 – 109, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.09.166.
• 4. Bouziou D., O’Rourke T. D., Response of the Christchurch water distribution system to the 22 February 2011 earthquake, Soil Dynamics and Earthquake Engineering 2017, 97: 14 – 24, https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2017.01.035.
• 5. Bubtiena A. M., El Shafie A. H., Jaafar O., Performance improvement for pipe breakage prediction modeling using regression method, International Journal of the Physical Sciences 2011, 25 (6): 6025 – 6035, http://www.academicjournals.org/journal/IJPS/article-full-text-pdf/F7B3D0625658.
• 6. Chodacki J., New ground motion prediction equation for peak ground velocity and duration of ground motion for mining tremors in Upper Silesia, Acta Geophysica 2016, 64 (6): 2449 – 2470, http://agp.igf.edu.pl/files/64/6/Chodacki.pdf.
• 7. Clark R., Deininger R.A., Protecting the nation's critical infrastructure: the vulnerability of U.S. water supply systems, Journal of Contingencies and Crisis Management 2000, 8 (2): 73–80, doi: 10.1111/1468-5973.00126.
• 8. Council Directive 2008/114/EC of 8 December 2008 on the identification and designation of European critical infrastructures and the assessment of the reed to improve their protection, Official Journal of the European Union JOL_2008_345_R_0075_01.
• 9. Cubillo F., Pérez P., Water distribution system risk assessment method, Procedia Engineering 2014, 89: 355-362, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.11.199.
• 10. Dubiński J., Mutke G., Tatara T., Muszyński L., Barański A., Kowal T., Zasady stosowania zweryfikowanej górniczej skali intensywności drgań GSIGZWKW-2012 do prognozy i oceny skutków oddziaływania wstrząsów indukowanych eksploatacją złóż węgla kamiennego w zakładach górniczych Kompanii Węglowej S. A. na obiekty budowlane i na ludzi, 2013 – instrukcja.
• 11. Dulińska J., Oddziaływanie drgań powierzchniowych wywołanych wstrząsami górniczymi w rejonie GZW I LGOM na konstrukcję gazociągu, Wstrząsy górnicze – charakterystyka parametrów drgań oraz kryteria oceny wpływu na obiekty budowlane, Główny Instytut Górnictwa, Katowice, 2010.
• 12. Dulinska J.M., Jasinska D., Performance of Steel Pipeline with Concrete Coating (Modeled with Concrete Damage Plasticity) under Seismic Wave Passage, Applied Mechanics and Materials 2014, 459: 608-613, doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.459.608.
• 13. EN 1998 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance.
• 14. Esposito S., Iervolino I.; PGA and PGV Spatial Correlation Models Based on European Multievent Datasets, Bulletin of the Seismological Society of America 2011, 101 (5): 2532-2541, https://doi.org/10.1785/0120110117.
• 15. Farmania R., Kakoudakisb K., Behzadianc K., Butler D., Pipe failure prediction in water distribution systems considering static and dynamic factors; Procedia Engineering 2017, 186: 117-126, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.03.217.
• 16. Frej A., Zuberek W. M., Local effects in peak accelerations caused by mining tremors in bytom syncline region (Upper Silesia), Acta Geodynamica et Geomaterialia 2008, 5 (2): 115–122, https://www.irsm.cas.cz/materialy/acta_content/2008_02/3_Frej.pdf.
• 17. Gangl G., Fuchs-Hanusch D., Stadlober E., Kauch P.; Analysis of the failure behaviour of drinking water pipelines; Water Science and Technology: Water Supply 2007, 7 (5-6): 219-225, doi: 10.2166/wst.2011.507.
• 18. Golik, A. Mendecki, M., Ground-motion prediction equations for induced seismicity in the main anticline and main syncline, Upper Silesian Coal Basin, Poland 2012, 60 ( 2): 410 – 425, https://doi.org/10.2478/s11600-011-0070-9.
• 19. Hamdala .F. K., Sagar G. Y., Statistical analysis of pipe breaks in water distribution systems in Ethiopia, the case of Hawassa, IOSR Journal of Mathematics 2016; 12 (3): 127 – 136, http://www.iosrjournals.org/iosr-jm/papers/Vol12-issue3/Version-4/N120304127136.pdf.
• 20. Hotloś H., Ilościowa ocena wpływu wybranych czynników na parametry i koszty eksploatacji sieci wodociągowych, Wrocław, 2007.
• 21. Hotloś H., Mielcarzewicz E., Metody oceny udziału szkód górniczych w uszkadzalności sieci wodociągowych, Materiały konferencyjne Rola GPW w systemie zaopatrzenia w wodę dziś i jutro, Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów w Katowicach i PZiTS o/Katowice, Ustroń, 1997.
• 22. Hotloś H., Mielcarzewicz E., Warunki i ocena niezawodności działania sieci wodociągowych i kanalizacyjnych na terenach górniczych, Monografia, Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2011.
• 23. Isoyama R., Ishida E., Yune K., Shirozu R, Seismic damage estimation procedure for water supply pipeline, Proceedings of the twelfth world conference on earthquake engineering 2000, 1762, http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/1762.pdf.
• 24. Joachim K., Kalisz P., 2010: Awarie sieci gazowych na terenach górniczych. Główny Instytut Górnictwa „Górnictwo i Środowisko”2010, 4(1): 95- 105.
• 25. Kalisz P., Stec K., 2016: Oddziaływanie wstrząsów górniczych na gazociągi, Przegląd Górniczy 2016, 72(10): 1 – 8, http://www.sitg.pl/przegladgorniczy/spis-wydawniczy.html
• 26. Kurzeja J., Estymacja czasu trwania drgań gruntu generowanych silnymi wstrząsami w kopalniach GZW, Przegląd Górniczy 2016, 7 (1124): 51 – 56.
• 27. Kurzeja J., Seismometric monitoring in the area of the Piekary Śląskie junction of the A1 motorway in terms of recording the vibrations resulting from mining tremors, Journal of Sustainable Mining 2017, 16: 14 – 23, https://doi.org/10.1016/j.jsm.2017.06.002.
• 28. Kuś K. i inni, Podstawy projektowania układów i obiektów wodociągowych, Politechnika Śląska, Skrypt uczelniany nr 1854, Gliwice, 1995.
• 29. Kwietniewski M., Miszta-Kruk K., Piotrowska A., 2011: Wpływ temperatury wody w sieci wodociągowej na jej awaryjność w świetle eksploatacyjnych badań niezawodności, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Czasopismo Techniczne 1 – Ś/2011, 1 (108): 113-129.
• 30. Kwietniewski M., Rak J. Niezawodność infrastruktury wodociągowej i kanalizacyjnej w Polsce. Monografie Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN, Studia z Zakresu Inżynierii, 67, Warszawa 2010,
• 31. Kwietniewski M., Roman M., Kłoss-Trębaczkiewicz H.: Niezawodność wodociągów i kanalizacji. Arkady. Warszawa 1993
• 32. Lasocki, S. (2013), Site specific prediction equations for peak acceleration of ground motion due to earthquakes induced by underground mining in Legnica-Głogów Copper District in Poland, Acta Geophysica 2013, 61(5): 1130-1155, https://doi.org/10.2478/s11600-013-0139-8.
• 33. Lee D. H., Kim B. H., Lee H., Kong, J. S., 2009: Seismic behavior of a buried gas pipeline under earthquake excitations, Engineering Structures 2009, 31: 1011–1023, https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2008.12.012
• 34. Mahmoodian M., Aryai V., Structural failure assessment of buried steel water pipes subject to corrosive environment, Urban Water Journal 2017 14 ( 10): 1023 – 1030, http://dx.doi.org/10.1080/1573062X.2017.1325500.
• 35. Mora-Rodríguez J., Delgado - Galván X., Ramos H. M., López-Jiménez P. A., An overview of leaks and intrusion for different pipe materials and failures, Urban Water Journal 2014, 11 (1): 1-10, http://dx.doi.org/10.1080/1573062X.2012.739630.
• 36. O’Rourke, M. J., Ayala, G., Pipeline damage due to wave propagation, Journal Geotechnical Engineering 1993, 119: 1490–1498, https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1993)119:9(1490)
• 37. O’Rourke M. J., Liu X., Response of buried pipelines subject to earthquake effects, Monograph no. 3, Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research 1999, 33–57.
• 38. O’Rourke T. D., Jung J. K., Argyrou C., Underground pipeline response to earthquake-induced ground deformation, Soil Dynamics and Earthquake Engineering 2016, 91: 272 – 283, https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2016.09.008
• 39. O’Rourke T. D., Toprak S., Sano Y., Factors Affecting Water Supply Damage Caused by the Northridge Earthquake, Proceedings of 6th US National Conference on Earthquake Engineering 1998: 1–12.
• 40. Pietrucha-Urbanik K, Studziński A., Case study of failure simulation of pipelines conducted in chosen water supply system. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2017; 19 (3): 317–323, http://dx.doi.org/10.17531/ein.2017.3.1.
• 41. Pilch R., Szybka J., Tuszyńska A., Application of factoring and time-space simulation methods for assessment of the reliability of water-pipe networks, Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2014; 16 (2): 253-258, http://www.ein.org.pl/sites/default/files/2014-02-12.pdf.
• 42. Pineda-Porras O., Ordaz M., A new seismic intensity parameter to estimate damage in buried pipeline due to seismic wave propagation, Journal of Earthquake Engineering 2007, 11: 773–786, http://dx.doi.org/10.1080/13632460701242781.
• 43. Rak J., Bezpieczeństwo systemów zaopatrzenia w wodę, Polska Akademia Nauk, Instytut Badań Systemowych, Warszawa 2009.
• 44. Rak J., Wybrane aspekty bezpieczeństwa systemów wodociągowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskie 2015.
• 45. Rak J., Tchurzewska-Cieślak B., Studziński A., Pietrucha-Urbanik K., Boryczko K., Niezawodność i bezpieczeństwo systemów zbiorowego zaopatrzenia w wodę, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2012.
• 46. Rezaei H., Ryan B., Stoianov I.; Pipe failure analysis and impact of dynamic hydraulic conditions in water supply networks; Procedia Engineering 2015, 119: 253 – 262, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.883.
• 47. Scheidegger A, Leitão J P, Scholten L., Statistical failure models for water distribution pipes – A review from a unified perspective, Water Research 2015, 83: 237–247, https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.06.027.
• 48. Si H., Midorikava S., New attenuation relations for peak ground acceleration and velocity considering effects of faulty type and site condition, Journal of structural and construction engineering 1999, 64 (523): 63 – 70, http://doi.org/10.3130/aijs.64.63_2.
• 49. Takada S. and Tanabe K., 1987: Three-dimensional seismic response analysis of buried continuous or jointed pipelines, Journal of Pressure Vessel Technology 1987, 109: 80–87, doi:10.1115/1.3264859.
• 50. Ustawa z dnia 26 kwietnia 2007 r. o zarządzaniu kryzysowym. Dz. U. 2007 Nr 89 poz. 590 wraz z póź. zm.
• 51. Ustawa z dnia 7 czerwca 2001 r. o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków Dz. U. 2017 poz. 328 wraz z póź. zm.
• 52. Wang, L. R.-L., Cheng, K.-M., Seismic response behavior of buried pipelines, Journal of Pressure Vessel Technology 1979, 101: 21–30, doi:10.1115/1.3454594.
• 53. Wieczysty A.: Niezawodność systemów wodociągowych i kanalizacyjnych Cz. I i II, Teoria niezawodności i jej zastosowania, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 1990.
• 54. Zasada działania rejestratora drgań AMAX-GSI, Instrukcja obsługi, Dokumentacja techniczno - ruchowa, Labolatorium Sejsmologii i sejsmiki górniczej.
• 55. Zembaty Z., Rockburst induced ground motion – a comparative study, Soil Dynamics and Earthquake Engineering 2004, 24 (1): 11 – 23, https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2003.10.001.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).