Analiza numeryczna wypływu wody po awarii przewodu wodociągowego

• Autorzy: Suchorab P. , Kowalska B. , Kowalski D.

Warianty tytułu

EN

Numerical Investigations of Water Outflow After the Water Pipe Breakage

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W skali światowej, uszkodzenia i awarie nieodłącznie towarzyszą procesowi eksploatacji sieci wodociągowej. W ostatnich latach, minimalizacja strat wody, spowodowanych przeciekami z przewodów, stała się priorytetowym celem przedsiębiorstw zarządzającym systemami dystrybucyjnymi. Stąd też, metody i sposoby wykrywania przecieków przewodów wodociągowych uległy znacznemu rozwojowi. Jednakże, wiele z obecnie proponowanych metod jest niedostępnych dla przedsiębiorstw wodociągowych o ograniczonym budżecie. Obserwacja wypływu wody na powierzchnię terenu wzdłuż trasy wodociągu jest wciąż jedną z najprostszych i najtańszych wykorzystywanych metod. Wypływ wody na powierzchnię może nastąpić bezpośrednio po awarii lub w dużym odstępie czasu. Zdarza się również, że wypływ wody na powierzchnię nie wystąpi nigdy. Poza kosztami finansowymi, awarie przewodów wodociągowych powodują również konsekwencje społeczne, które mogą zagrażać zdrowiu, a nawet życiu, ludzi. Charakterystyka przepływu wody w gruncie jest zagadnieniem złożonym i zależy od wielu, zarówno zewnętrznych jak i wewnętrznych, czynników. Złożoność i różnorodność transportu wody w gruncie czyni obserwacje doświadczalne tego zjawiska trudnymi, zaś wnioski wyciągane na podstawie obserwacji mogą nie mieć charakteru uniwersalnego i ogólnego. Zakres prezentowanego artykułu obejmował analizę numeryczną wypływu wody po awarii przewodu wodociągowego przeprowadzoną w programie FEFLOW v 5.3. Analizę przeprowadzono dla różnych wariantów, różnicując zarówno powierzchnię otworu, jak i jego lokalizację względem osi przewodu wodociągowego. Uzyskane wyniki zostały poddane empirycznej weryfikacji w oparciu o pomiary laboratoryjne czasu pomiędzy awarią przewodu wodociągowego, a momentem wypływu wody na powierzchnię. Wyniki przeprowadzonej analizy sugerują, że zarówno rozmiar otworu jak i jego lokalizacja względem osi przewodu, nie wpływają znacząco na czas wypływu wody na powierzchnię. Jednakże, większe wartości czasu były obserwowane dla mniejszych wielkości otworów. Po przeprowadzeniu empirycznej weryfikacji wyników symulacyjnych, zauważono, że bezpośredni związek pomiędzy zmierzonymi i obliczonymi wartościami czasu był odnotowany jedynie dla pierwszego powtórzenia eksperymentu. Należy podkreślić, że zarówno model numeryczny jak i stanowisko laboratoryjne nie odzwierciedlały rzeczywistych warunków w sposób dokładny, ze względu na niezbędne uproszczenia jakie należało przyjąć celem symulacji komputerowej lub fizycznej doświadczenia.

Słowa kluczowe

PL

awaria wodociągu; czas wypływu wody; FeFlow

EN

water pipe failure; water outflow time; FEFLOW

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Tom 18, cz. 2
• Strony: 416--427
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Suchorab P.

• Lublin University of Technology

autor

Kowalska B.

• Lublin University of Technology

autor

Kowalski D.

• Lublin University of Technology

Bibliografia

• 1. Dettmann, U., Bechtold, M., Frahm, E., & Tiemeyer, B. (2014). On the applicability of unimodal and bimodal van Genuchten-Mualem based models to peat and other organic soils under evaporation conditions. Journal of Hydrology, 515, 103-115.
• 2. Diersch, H.J.G. & Kolditz, O. (2002). Variable-density flow and transport in porous media: approaches and challenges. Advances in Water Resources, 25, 8-12, 899-944.
• 3. Diersch, J.J.G. (2005). FEFLOW 5.2 Finite Element Subsurface Flow and Transport Simulation System, Reference Manual. Berlin: WASY Ltd.
• 4. Farley, M. & Trow, S. (2003). Losses in water distribution networks: A Practitioner’s Guide to Assessment, Monitoring and Control. London: IWA Publishing.
• 5. Hotloś, H. (2009). Analiza uszkodzeń i kosztów naprawy przewodów wodociągowych w okresie zimowym. Ochrona Środowiska, 31(2), 41-48 (in Polish, with English abstract).
• 6. Iwanek M., Krukowski I., Widomski M. & Olszta W. (2010). Effect of van Genuchten model tortuosity parameter on hydraulic conductivity calculations.In: Pawłowski, L., Dudzińska, M. & Pawłowski, A., [eds.] Environmental Engineering III, London: Taylor & Francis, 447-454.
• 7. Iwanek, M. & Malesińska, A. (2015). Zastosowanie teorii podobieństwa w modelowaniu awarii sieci wodociągowych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 3, 82-86 (in Polish, with English abstract).
• 8. Iwanek, M., Kowalska, B., Hawryluk, E. & Kondraciuk, K. (2016). Distance and time of water effluence on soil surface after failure of buried water pipe. Laboratory investigations and statistical analysis. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability, 18 (2), 278-284, http://dx/doi.org/10.17531/ein.2016.2.16.
• 9. Iwanek, M., Kowalski, D. & Kwietniewski, M. (2015). Badania modelowe wypływu wody z podziemnego rurociągu podczas awarii. Ochrona Środowiska, 37(4), 13-17 (in Polish with English abstract).
• 10. Krukowski, I., Widomski, M., Iwanek, M. & Łagód, G. (2010). Proces eksfiltracji przewodów kanalizacyjnych a rozprzestrzenianie się wybranych zanieczyszczeń – badania modelowe. Proceedings of ECOpole, 4(2), 425-431 (in Polish, with English abstract).
• 11. Kutyłowska, M. & Hotloś, H. (2014). Failure analysis of water supply system in the Polish city of Głogów. Engineering Failure, 41, 23-29.
• 12. Kwietniewski, M. & Rak, J. (2010). Reliability of water supply and wastewater infrastructure in Poland. Warsaw: Polish Academy of Science (in Polish with English summary).
• 13. Mualem, Y. (1976). A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resources Research, 12(3), 513-522.
• 14. Oh, S., Kim, Y.K. & Kim, J.W. (2015). A Modified van Genuchten-MualemModel of Hydraulic Conductivity in Korean Residual Soils. Water, 7(10), 5487-5502.
• 15. Piechurski, F.G. (2013). Wykorzystanie monitoring sieci wodociągowej do obniżenia poziomu strat wody. Napędy i Sterowanie, 15(2), 66-71 (in Polish).
• 16. Puust, R., Kapelan, Z., Savic, D.A. & Koppel, T. (2010). A review of methods for leakage management in pipe networks. Urban Water Journal, 7(1), 25-45.
• 17. Romano, M. & Kapelan, Z. (2013). Geostatistical techniques for approximate location of pipe burst events in water distribution systems. Journal of Hydroinformatics, 15(3), 634-635.
• 18. Trefry, M.G. & Muffels, C. (2007). FEFLOW: A finite-element ground water flow and transport modeling tool. Ground Water, 45, 525-528.
• 19. Van Genuchten, M.Th. (1980). A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal, 44, 892-898.
• 20. White, J., Zardava, K., Nayagum, D. & Powrie, W. (2015). Functional relationships for the estimation of van Genuchten parameter values in landfill processes models. Waste Management, 38, 222-231.
• 21. Widomski, M.K., Broichsitter, S.B., Zink, A., Fleige, H., Horn, R., Stępniewski, W. (2015). Numerical modeling of water balance for temporary landfill cover in North Germany. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 3(178), 401-412.
• 22. Widomski, M.K., Iwanek, M. & Stępniewski, W. (2013). Implementing anisotropy ratio to modeling of water flow in layered soil. Soil Science Society of America Journal, 77(1), 8-18.
• 23. Widomski, M.K., Kowalski, D., Iwanek, M., Łagód, G. (2013a). Modeling of Water Flow and Pollutants Transport in Porous Media With Exemplary Calculations in FEFLOW. Lublin: Lublin University of Technology.
• 24. Żaba, T. & Langer, A. (2012). Monitoring strat wody elementem ograniczenia kosztów działalności przedsiębiorstwa. Napędy i sterowanie, 4, 100-103 (in Polish).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.