Niekonwencjonalne metody analizy ryzyka awarii w systemach zbiorowego zaopatrzenia w wodę

• Autorzy: Tchórzewska-Cieślak B. , Boryczko K. , Piegdoń I.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2015.28

Warianty tytułu

EN

Unconventional methods of failure risk analysis in collective water supply systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

System zbiorowego zaopatrzenia w wodę (SZZW) jest jednym z priorytetowych systemów technicznych wchodzących w skład podziemnych infrastruktur miejskich. Podstawową kategorią związaną z możliwością utraty bezpieczeństwa funkcjonowania SZZW jest ryzyko. Według jednej z podstawowych definicji ryzyko jest kombinacją prawdopodobieństwa wystąpienia zagrożenia i negatywnych skutków, które może wywołać. Proces analizy ryzyka na potrzeby analizy bezpieczeństwa konsumentów wody obejmuje najczęściej: określenie liczby mieszkańców korzystających z wodociągu, wyznaczenie reprezentatywnych zdarzeń awaryjnych i określenie dla nich scenariuszy rozwoju w celu oszacowania strat, określenie prawdopodobieństwa (częstotliwości) występowania zdarzeń awaryjnych. Problem w analizach ryzyka pojawia się w przypadku bardzo złożonych systemów, gdy baza danych jest niepewna, a także w tzw. małych wodociągach, gdzie brak jest bazy danych lub jest ona niepełna. W takich sytuacjach uzupełnieniem bazy danych jest wiedza i doświadczenia ekspertów, a także nowoczesne modele oraz metody pozwalające na analizę i symulację ryzyka. Przykładem są metody oparte na tzw. modelach miękkich, w tym sieci baysowskie, modelowanie rozmyte. Innym aspektem jest wykorzystanie nowoczesnych narzędzi informatycznych typu GIS. Badania tego typu wymagają nie tylko odpowiedniej metodologii, ale również szczegółowej i uporządkowanej bazy danych eksploatacyjnych. Warunkuje to prawidłową analizę statystyczną danych oraz zastosowanie odpowiedniego modelu przyczynowo-skutkowego. W pracy przedstawiono niekonwencjonalne metody analizy ryzyka awarii w SZZW, uwzględniające metody symulacyjne, bazy danych, aplikacje GIS, teorię zbiorów rozmytych, modelowanie neuronowo-rozmyte oraz rozmyte drzewa niezdatności.

EN

The collective water supply system (CWSS) is one of the priority technical system which is included in the underground urban infrastructures. Basic category associated with the possibility of losing the safety of functioning the CWSS is risk. The basic definition of risk means that the risk is a combination of the probability of undesirable events and their the negative. The process of risk analysis for consumer safety analysis includes points: determination of the number of inhabitants using water from water network, the designation of the representative undesirable events, determine scenarios for them to estimate losses, determine the probability (frequency) of occurrence of the adverse event. The problem in risk analysis occurs when systems are very complex, the database is uncertain, as well as in the so-called. small water supply systems where there is no database or it is incomplete. In such situations, the complementary of database often is knowledge and experience of experts as well as modern models and methods for risk analysis and simulations. Examples are based on soft models such as Bayesian networks and fuzzy modelling. Another aspect is the use of GIS tools. Such studies require appropriate methodology but also a detailed and structured database about water networks. It determines the correct analysis of the data and the appropriate model causality. The paper presents an unconventional method of analysis of the risk of failure in CWSS, taking into account the method of simulation, databases, GIS applications, theory of fuzzy sets, neuro-fuzzy modelling and fuzzy fault tree.

Słowa kluczowe

PL

zaopatrzenie w wodę; zaopatrzenie zbiorowe; system zaopatrzenia; ryzyko awarii; analiza ryzyka; GIS; logika rozmyta; zbiór rozmyty

EN

water supply; supply system; collective supply; failure risk; risk analysis; GIS; fuzzy logic; fuzzy set

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 62, nr 1
• Strony: 393--408
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Tchórzewska-Cieślak B.

• Politechnika Rzeszowska

autor

Boryczko K.

• Politechnika Rzeszowska

autor

Piegdoń I.

• Politechnika Rzeszowska

Bibliografia

• [1] Abraham A.: Adaptation of fuzzy inference system using neural learning, [in:] Fuzzy Systems Engineering, Macedo Mourelle L., Nedjah N. (eds.). Springer, New York, pp. 53-83.
• [2] Bajer J., Iwanejko R.: Eksploatacyjne badania niezawodności podstawowych elementów uzbrojenia pompowni wodociągowych. INSTAL, „Technika instalacyjna w budownictwie”, nr 10(288), 2008, s. 81-84.
• [3] Boryczko K., Tchórzewska-Cieślak B.: Analysis and assessment of the risk of lack of water supply using the EPANET program, [in:] Environmental Engineering IV, Dudzińska M.R., Pawłowski L., Pawłowski A. (eds.). Taylor & Francis Group, London 2013, pp. 63-68.
• [4] Boryczko K., Piegdoń I., Eid M.: Collective water supply systems risk analysis model by means of RENO software, [in:] Safety, reliability and risk analysis: Beyond the horizon, Van Gelder P.H.A.J.M., Steenbergen R.D.J.M., Miraglia S., Vrouwenvelder A.C.W.M. (eds.). Taylor & Francis Group, London 2014, pp. 1987- 1992.
• [5] Christodoulous S., Deligianni A.: A neurofuzzy decision framework for the management of water distribution networks. Water Resource Management, no. 24/2010, s. 1573-1650.
• [6] Dubois D., Prade H.: Fuzzy sets and systems: Theory and application. Academic Press, Nowy Jork 1980.
• [7] Dzienis L.: Niezawodność wiejskich systemów zaopatrzenia w wodę. Rozprawy Naukowe nr 4. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 1991.
• [8] Góra W.: Zastosowanie GIS w systemach wodociągowych i kanalizacyjnych. Rynek Instalacyjny, Grupa Medium, nr 5/2008, s. 43-48.
• [9] Iwanejko R. Rybicki S.M.: Badania i ocena poziomu niezawodności sieci wodociągowych w wybranych miastach Polski. XX Jubileuszowa Krajowa Konferencja, VIII Międzynarodowa Konferencja „Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód”. PZITS O/Wielkopolski, Poznań-Gniezno 2008, s. 481-492.
• [10] Kaplan S., Garrick B.J.: On the quantative definition of risk analysis, no. 1(1)/1981, pp. 11-27.
• [11] Klir G.J., Folger T.: Fuzzy sets, uncertainty, and information. Prentice-Hall, New York 1988.
• [12] Kluska J.: Analytical methods in fuzzy modelling and control. Springer-Verlag GMbH, Berlin 2009.
• [13] Kosko B.: Neural networks and fuzzy systems: A dynamical systems approach to machine intelligence. Prentice Hall, New York 1992.
• [14] Kowalski D.: Nowe metody opisu struktur sieci wodociągowych do rozwiązywania problemów ich projektowania i eksploatacji. Komitet Inżynierii Środowiska PAN, Lublin 2011.
• [15] Królikowska J.: Niezawodność funkcjonowania i bezpieczeństwa sieci kanalizacyjnej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Krakowskiej, Kraków 2011.
• [16] Kwietniewski M.: GIS w wodociągach i kanalizacji. Wydaw. Naukowe PWN, Warszawa 2008.
• [17] Kwietniewski M.: Metodyka badań eksploatacyjnych sieci wodociągowych pod kątem niezawodności dostawy wody do odbiorców. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999.
• [18] Kwietniewski M., Rak J.: Niezawodność infrastruktury wodociągowej i kanalizacyjnej w Polsce. Studia z zakresu inżynierii, nr 67. Polska Akademia Nauk, Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej. Instytut Podstawowych Problemów Techniki, Warszawa 2010.
• [19] Kwietniewski M., Miszta-Kruk K., Wróbel K.: Możliwości zastosowania GIS w wodociągach na przykładzie wybranego systemu dystrybucji wody. Ochrona Środowiska, nr 29(3), 2008, s. 73-76.
• [20] Łęski J.: Systemy neuronowe-rozmyte. Wydawnictwo Nukowo-Techniczne, Warszawa 2008.
• [21] Mamdani E.H.: Application of fuzzy logic to approximate reasoning using linguistic systems. Fuzzy Sets and Systems, no. 26(12), 1977, pp. 1182-1191.
• [22] Osowski S.: Sieci neuronowe do przetwarzania informacji. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000.
• [23] Pawełek J., Wojdyna M.: Analiza uszkodzeń przewodów rozdzielczych w dużym systemie wodociągowym. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 2/2001, s. 49-54.
• [24] PN-EN-1050:1999: Zasady oceny ryzyka.
• [25] PN-EN 61025: Analiza drzewa niezdatności (FTA).
• [26] Rak J.: Bezpieczeństwo systemów zaopatrzenia w wodę. Badania systemowe. Inżynieria środowiska. Instytut Badań Systemowych PAN, Warszawa 2009.
• [27] Rak J.: Wybrane elementy zarządzania ryzykiem w przedsiębiorstwie wodociągowym. Ochrona Środowiska, nr 4/2007, s. 61-64.
• [28] Rak J., Kucharski B.: Metoda analizy przyczyn i skutków szacowania ryzyka. XIX Krajowa Konferencja, VII Międzynarodowa Konferencja „Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód”, PZITS O/Wielkopolski, Poznań-Zakopane 2006, s. 585- 593.
• [29] Reliasoft Corporation. Reno Software Traninig Guide. ReliaSoft Corporation, Tuscon 2005.
• [30] Rossman L.A.: Epanet 2. Users manual. National Risk Management Research Laboratory. Office Of Research And Development, U.S. Environmental Protection Agency. Cincinnati, Ohio 2000.
• [31] Song H., Zhang H.Y., Chan C.W.: Fuzzy fault tree analysis based on T-S model with application to INS/GPS navigation system. Soft Computing, no. 13(1), 2009, pp. 31-40.
• [32] Tchórzewska Cieślak B.: Analiza ryzyka awarii sieci wodociągowej z wykorzystaniem modelowania neuronowo-rozmytego, [w:] Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód, Jeż-Walkowiak J., Dymaczewski Z., Nowak M. (red.). PZITS O/Wielkopolski, Poznań 2014, s. 179-189.
• [33] Tchórzewska-Cieślak B.: Metody analizy i oceny ryzyka awarii podsystemu dystrybucji wody. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2011.
• [34] Tchórzewska-Cieślak B.: Model of risk of water mains failure using fuzzy logic, Journal of Polish Safety and Reliability Association. Polish Safety and Reliability Association, no. 1/2010, pp. 255-264.
• [35] Tchórzewska-Cieślak B.: Rozmyty model ryzyka awarii sieci wodociągowej. Ochrona Środowiska, nr 33(1), 2011, s. 35-40.
• [36] Tyagi S., Pandey D., Tyagi R.: Fuzzy set theoretic approach to fault tree analysis. International Journal of Engineering. Science and Technology, MultiCraft Ltd., no. 2(5), 2010, pp. 276-283.
• [37] Yager R.R.: On the Dempster-Shafer framework and new combination rules. Information Sciences, no. 41(2), 1987, pp. 93-137.
• [38] Zimoch I.: Bezpieczeństwo działania systemów zaopatrzenia w wodę w warunkach zmian jakości wody w sieci wodociągowej. Ochrona Środowiska, nr 31(3), 2009, s. 51-55.
• [39] Zimoch I.: Zintegrowana metoda analizy niezawodności funkcjonowania i bezpieczeństwa systemów zaopatrzenia w wodę. Wydawnictwo Politechniki Ślaśkiej, Gliwice 2011.