Reliability of water pipelines and operating costs

• Autorzy: Studziński Andrzej , Dawidowicz Jacek , Pytlowany Tomasz , Oleniacz Grzegorz , Topolski Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.15199/33.2024.07.20

Warianty tytułu

PL

Niezawodność rurociągów wodociągowych a koszty eksploatacyjne

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

In order to determine the impact of the reliability class of water pipes on the operating costs of water supply networks, probabilistic calculations were carried out using Monte Carlo simulations. The model was based on the assumption that repair costs are subject to a log-normal distribution. Three reliability classes were assumed, differentiating the level of acceptable risk depending on the rank and function of a given network section. The analysis performed clearly showed that the pipe reliability class and the assumed variability of operating parameters have a significant impact on the forecasted repair costs in water supply systems. The use of the Monte Carlo method and the log-normal distribution allowed for taking into account asymmetry and determining the occurrence of extreme costs.

PL

W celu określenia wpływu klasy niezawodności przewodów wodociągowych na koszty eksploatacyjne sieci wodociągowych, przeprowadzono obliczenia probabilistyczne z zastosowaniem symulacji Monte Carlo. Model bazuje na założeniu, że koszty naprawy podlegają rozkładowi log-normalnemu. Przyjęto trzy klasy niezawodności, różnicujące poziom ryzyka dopuszczalnego w zależności od rangi i funkcji danego odcinka sieci. Przeprowadzona analiza jednoznacznie wykazała, że klasa niezawodności rur oraz przyjęta zmienność parametrów eksploatacyjnych mają istotny wpływ na prognozowane koszty naprawy w systemach wodociągowych. Wykorzystanie metody Monte Carlo i rozkładu log-normalnego pozwoliło na uwzględnienie asymetrii i określenia wystąpienia kosztów ekstremalnych.

Słowa kluczowe

EN

water pipes; repair cost; operating cost; reliability class; Monte Carlo method

PL

przewody wodociągowe; koszt naprawy; koszt eksploatacji; klasa niezawodności; metoda Monte Carlo

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Materiały Budowlane
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 7
• Strony: 158--166
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Studziński Andrzej

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

• https://orcid.org/0000-0002-6551-9490

autor

Dawidowicz Jacek

• Politechnika Białostocka, Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku

• https://orcid.org/0000-0003-1742-9463

autor

Pytlowany Tomasz

• Państwowa Akademia Nauk Stosowanych, Instytut Politechniczny

• https://orcid.org/0000-0001-5545-5465

autor

Oleniacz Grzegorz

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

• https://orcid.org/0000-0003-3318-0928

autor

Topolski Krzysztof

• Państwowa Akademia Nauk Stosowanych, Instytut Politechniczny

• https://orcid.org/0000-0001-6843-5527

Bibliografia

• [1] Rak J.R. Bezpieczeństwo systemów zaopatrzenia w wodę. Warszawa: Wyd. PAN; 2009.
• [2] Hisham A. Reliability of Water Distribution Networks. International Journal of Engineering Research & Technology. 2019; DOI:10.17577/IJERTV8IS080137.
• [3] Ostfeld A. Reliability analysis of regional water distribution systems. Urban Water. 2001; https://doi.org/10.1016/S1462-0758(01)00035-8
• [4] Alegre H., Baptista J.M., Cabrera Jr E., Cubillo F., Duarte P., Hirner W., Merkel W., Parena R. Performance Indicators for Water Supply Services. (2nd ed.). IWA Publishing; 2016.
• [5] Romaniuk M., Hryniewicz O. Estimation of maintenance costs of a pipeline for a u-shaped hazard rate function in the imprecise setting. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2020; http://dx.doi.org/10.17531/ein.2020.2.18.
• [6] Piratla K.R., Yerri S.R., Yazdekhasti S., Cho J., Koo D., Matthews J.C. Empirical Analysis of Water-Main Failure Consequences. Procedia Engineering. 2015; https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.507
• [7] Adedei K.B., Hamam Y., Abe B.T., Abu-Muhfouz A.M. Leakage Detection and Estimation Algorithm for Loss Reduction in Water Piping Networks. Water. 2017; https://doi.org/10.3390/w9100773.
• [8] Kwietniewski M., Rak J. Niezawodność infrastruktury wodociągowej i kanalizacyjnej w Polsce. Warszawa: Wyd. PAN; 2010.
• [9] Hotloś H. Wskaźniki awaryjności sieci wodociągowych jako kryterium oceny niezawodności eksploatacyjnej. Gaz, Woda i Technika Sanitarna. 2008;4, 16-20.
• [10] Benchmarking – wybrane wyniki przedsiębiorstw wodociągowo-kanalizacyjnych w Polsce za lata 2014-2018. Izba Gospodarcza Wodociągi Polskie, Bydgoszcz 2020.
• [11] American Water Works Association. Buried No Longer: Confronting America’s Water Infrastructure Challenge. Denver: AWWA; 2012.
• [12] Barfuss S.L. Water Main Break Rates in the USA and Canada: A Comprehensive Study. Utah State University; 2023.
• [13] Taiwo R., Shaban I.A., Zayed T. Development of sustainable water infrastructure: A proper understanding of water pipe failure. Journal of Cleaner Production. 2023; https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136653.
• [14] Pietrucha-Urbanik K., Tchórzewska-Cieślak B. Cost Analysis of Water Pipe Failure. Engineering in Dependability of Computer Systems and Networks. DepCoS-RELCOMEX 2019. Advances in Intelligent Systems and Computing; 2020; Springer https://doi.org/10.1007/978-3-030-19501-4_41
• [15] Hotloś H. Quantitative assessment of the effect of some factors on the parameters and operating costs of water-pipe networks. Wrocław: Wrocław University of Technology Publishing House; 2007.
• [16] Studziński A. Koszty naprawy awarii przewodów wodociągowych. Materiały Budowlane. 2022; DOI: 10.15199/33.2022.11.46.
• [17] Fan X., Wang X., Zhang X., Yu X., Machine learning based water pipe failure prediction: the effects of engineering, geology, climate and socioeconomic factors. Reliability Engineering & System Safety 2022, https://doi.org/10.1016/j.ress.2021.108185.
• [18] Ghobadi F., Jeong G., Kang D. Water Pipe Replacement Scheduling Based on Life Cycle Cost Assessment and Optimization Algorithm. Water. 2021; https://doi.org/10.3390/w13050605.
• [19] Kleiner Y., Nafi A., Rajani B., Planning renewal of water mains while considering deterioration, economies of scale and adjacent infrastucture. Water Supply. 2010; https://doi.org/10.2166/ws.2010.571.
• [20] Ahopelto S., Vahala R., Cost–Benefit Analysis of Leakage Reduction Methods in Water Supply Networks. Water. 2020; https://doi.org/10.3390/ w12010195.
• [21] Kim K., Seo J., Hyung J., Kim T., Kim J., Koo J., Economic-based approach for predicting optimal water pipe renewal period based on risk and failure rate. Environmental Engineering Research. 2019; https://doi.org/10.4491/eer.2017.188.
• [22] EN 1990: Eurocode – Basis of Structural Design (np. CEN EN 1990:2002+A1:2005)
• [23] Yamijala S., Guikema S.D., Brumbelow K., Statistical models for the analysis of water distribution system pipe break data. Reliability Engineering & System Safety. 2009; https://doi.org/10.1016/j.ress.2008.03.011.
• [24] Maier H.R., Kapelan Z., Kasprzyk J.R., Kollat J.B., Matott L.S., Cunha M.C., Dandy G.C., Ostfeld A., Evolutionary algorithms and other metaheuristics in water resources: Current status, research challenges and future directions. Environmental Modelling & Software. 2014; https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2014.09.013.
• [25] Le Gat Y., Eisenbeis P., Using maintenance records to forecast failures in water networks. Urban Water. 2000; https://doi.org/10.1016/S1462-0758(00)00057-1.
• [26] Studziński A., Harbulakova V.O., Skrzypczak I., The influence of the properties of water pipes made of PE on their durability and reliability. Archives of Civil Engineering. 2022; https://doi.org/10.24425/ace.2022.140160.