Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modeling of water age changes in water distribution systems in time and space

Trębicka Agnieszka

Ekonomia i Środowisko

|

2022

|

nr 4

91--102

EN

The paper presents a particularly important research variant in the process of modelling water distribution systems (WDS), which is the age of water. The age of the water in the pipes is a parameter that determines the freshness of the water. The main goal of the presented research was to analyse changes in water age by observing the basic parameters: pressure and water flow. As a result of the assumed simulations, potential places of secondary contamination were distinguished. The result of solving the situation was the introduction of all works aimed at eliminating and improving the negative changes by much more frequent monitoring of water in this area for physicochemical and bacteriological properties and regular flushing of pipelines. The research is carried out based on the mathematical model of the water supply network. The Epanet software is used as a research tool, which allows modelling changes in the age of water in the entire water distribution system over time. The basis of the conducted research became the time factor, which plays a particularly important role in the process of managing the water distribution system. Taking into account the time, it was observed how much water remains on a given section from the moment it flows from the inlet and is mixed with water already present throughout the network. A number of simulation options were analysed in terms of the operation of the water distribution system, where the key problem was water stagnation. It should be noted that stagnation of water is particularly dangerous in the case of WDS, the obtained results showed visible places on the tested model. Simulations lasting more than 8, 10 days showed a clear deterioration in its quality. The above studies are of particular importance from the point of view of managing the efficiency of the water supply network. The analysis of water in water supply systems, stagnating and thus ageing, shows that the efficiency of the system significantly decreases. The variability of conditions in the water distribution system also makes the performance of WDS, and especially of pumping units, variable.

PL

W artykule przedstawiono szczególnie ważny wariant badawczy w procesie modelowania systemów dystrybucji wody (SDW), jakim jest wiek wody. Wiek wody w rurach jest parametrem, który określa świeżość wody. Głównym celem przedstawionych badań była analiza zmian wieku wody poprzez obserwację podstawowych parametrów: ciśnienia i przepływu wody. W rezultacie założonych symulacji wyodrębnione zostały potencjalne miejsca wtórnego zanieczyszczenia. Wynikiem rozwiązania zaistniałej sytuacji było wprowadzenie wszelkich prac, mających na celu wyeliminowanie i ulepszanie zaistniałych negatywnych zmian poprzez: znacznie częstsze monitorowanie wody na tym obszarze pod kątem właściwości fizykochemicznych i bakteriologicznych oraz regularne płukanie rurociągów. Badania prowadzono w oparciu o model matematyczny sieci wodociągowej. Jako narzędzie badawcze wykorzystano Program EPANET, które umożliwia modelowanie zmian wieku wody w całym systemie dystrybucji wody w czasie. Podstawą przeprowadzonych badań stał się czynnik czasu, który pełni szczególnie ważną funkcję w procesie zarzadzania systemem dystrybucji wody. Biorąc pod uwagę czas, zaobserwowano, ile wody pozostaje na danym odcinku od momentu, w którym spływa ona z ujęcia i jest mieszana z wodą już obecną w całej sieci. Analizowano szereg wariantów symulacyjnych pod kątem działania systemu dystrybucji wody, gdzie kluczowym problemem była stagnacja wody. Należy zaznaczyć, że stagnacja wody jest szczególnie niebezpieczna w przypadku SDW, a uzyskane wyniki wykazały widoczne jej miejsca na badanym modelu. Przy symulacjach trwających więcej niż 8, 10 dni zauważono, wyraźne pogorszenie jej jakości. Wyodrębniono potencjalne miejsca wtórnego zanieczyszczenia. Powyższe badania mają szczególne znaczenie z punktu widzenia zarządzania efektywnością działania sieci wodociągowej. Przeprowadzona analiza wody w systemach wodociągach, ulegającej stagnacji, a tym samym starzejąca się, pokazuje że efektywność pracy systemu znacznie spada. Zmienność warunków w systemie dystrybucji wody sprawia również, że wydajność pracy SDW, a zwłaszcza jednostek pompujących staje się zmienna.

2

Optimization of the process of restoring the continuity of the WDS based on the matrix and genetic algorithm approach

Antonowicz Ariel, Urbaniak Andrzej

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2022

|

Vol. 70, nr 4

art. no. e141594

EN

The article discusses an example of the use of graph search algorithms with trace of water analysis and aggregation of failures in the occurrence of a large number of failures in the Water Supply System (WSS). In the event of a catastrophic situation, based on the Water Distribution System (WDS) network model, information about detected failures, the condition and location of valves, the number of repair teams, criticality analysis, the coefficient of prioritization of individual network elements, and selected objective function, the algorithm proposes the order of repairing the failures should be analyzed. The approach proposed by the authors of the article assumes the selection of the following objective function: minimizing the time of lack of access to drinking water (with or without prioritization) and minimizing failure repair time (with or without failure aggregation). The algorithm was tested on three different water networks (small, medium, and large numbers of nodes) and three different scenarios (different numbers of failures and valves in the water network) for each selected water network. The results were compared to a valve designation approach for closure using an adjacency matrix and a Strategic Valve Management Model (SVMM).

3

Inwestycje i wyzwania

Wyrwik Szymon

Forum Eksploatatora

|

2020

|

Nr 5 (110)

32-37

PL

Jedynym właścicielem Wodociągów Chrzanowskich Sp. z o.o. jest powstały w 1991 roku Związek Międzygminny „Gospodarka Komunalna”. Jest on tworzony przez trzy gminy: Chrzanów, Trzebinia i Libiąż, które zamieszkałe są przez ok. 100 tys. mieszkańców.

4

Estimation of maintenance costs of a pipeline for a U-shaped hazard rate function in the imprecise setting

Romaniuk Maciej, Hryniewicz Olgierd

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 2

352--362

EN

In this paper, we discuss imprecise settings for an evaluation of the maintenance costs of a water distribution system (WDS). Moments of failures of pipes are modelled using a newly proposed three-piece convex hazard rate function (HRF) for which number of previous failures is taken into account, too. Both fuzzy sets and shadowed sets are used to model the impreciseness of important parameters of this HRF and the costs of maintenance services. Contrary to more classical and widely-used approaches to cost analysis (i.e. a constant yield or nominal value of money), a strictly stochastic process (i.e. the one-factor Vasicek model) of an interest rate is assumed in the analysis of maintenance costs. This approach models future behaviour of the interest rate (i.e. the future value of money) in a more realistic way. Respective algorithms together with exemplary results of numerical simulations for two setups, which are related to fuzzy and shadowed sets, are also provided.

PL

W niniejszym artykule omawiamy nieprecyzyjne podejścia do problemu obliczenia kosztów eksploatacji systemu dystrybucji wody (WDS). Czasy uszkodzeń rur modelowane są z wykorzystaniem nowo zaproponowanej trzyczęściowej wypukłej funkcji intensywności uszkodzeń (hazard rate function, HRF) dla której brana jest pod uwagę również liczba wcześniejszych uszkodzeń. Do modelowania nieprecyzyjności istotnych parametrów tej HRF oraz kosztów działań serwisowych są wykorzystywane zarówno zbiory rozmyte jak i zbiory cieniowane. W przeciwieństwie do bardziej klasycznych i szeroko wykorzystywanych podejść do analizy kosztów eksploatacji (tzn. stałej stopy procentowej lub wartości nominalnej pieniądza), założono ściśle stochastyczny proces (tzn. jednoczynnikowy model Vasicka) dla stopy procentowej. Podejście to modeluje przyszłe zachowanie stopy procentowej (czyli przyszłej wartości pieniądza) w bardziej realistyczny sposób. Zaprezentowano również odpowiednie algorytmy wraz z przykładowymi wynikami symulacji numerycznych dla dwóch zestawów parametrów, związanych ze zbiorami rozmytymi i cieniowanymi.

5

Changes to water quality in the water supply network of Zielona Góra

Jakubaszek Anita, Mossetty Justyna

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2019

|

Vol. 29, no. 1

92--101

EN

The article presents physiochemical parameter changes in water supply network of Zielona Góra. On the basis of the obtained test results, the impact of prolonged retention of water in the network on its quality was determined, at the measuring points located on the territory of Zielona Góra. It was shown that together with an increase in distance of measuring points from Water Treatment Plant, content of mainly iron, turbidity and colour increased too. In the results analysis, it was determined that retention time and water distribution are the most significant factors in the network contributing to deterioration of water quality at measuring points.

PL

W artykule przedstawiono zmiany parametrów fizyko-chemicznych w sieci wodociągowej w Zielonej Górze. Na podstawie uzyskanych wyników badań określono wpływ przetrzymania wody w sieci wodociągowej na jej jakość w punktach pomiarowych zlokalizowanych na terenie Zielonej Góry. Wykazano, że wraz ze wzrostem odległości punktów pomiarowych od Stacji Uzdatniania Wody wzrastały wartości stężeń, głównie żelaza, mętności i barwy. Analizując wyniki stwierdzono, że czas przetrzymania oraz rozbiory wody w sieci są najistotniejszymi czynnikami powodującymi pogorszenie jakości wody w punktach pomiarowych.

6

The application of the ‘K-nearest neighbour’ method to evaluate pressure loss in water supply lines

Biedugnis S., Czapczuk A.

Technical Transactions

|

2018

|

Vol. 115, iss. 1

141--149

EN

Water supply systems are complex engineering structures; certainly, the most important part is the water distribution network. The design of this element requires calculations and many analyses to arrive at the best solution. The main task of the calculation is to determine the flow rates through pipes, to determine pressure losses, height of tanks, pressure required in the supply pumping station, pressure levels in the individual nodes of the network. Correct execution of the calculations requires careful evaluation of the results obtained and accuracy in the solutions applied. The issue of controlling the results of calculations is difficult to present in algorithmic form as these are mainly based on the experience and knowledge of the designer. Classes of decisions describing the problems of pressure loss in the pipework were established in order to evaluate the results of calculations. Numerical experiments were carried out in this paper to show how the ‘K-nearest neighbour’ method can be used to evaluate pressure loss in water pipes.

PL

Systemy zaopatrzenia w wodę są skomplikowanymi układami obiektów inżynierskich, które pełnią różnorodną rolę w funkcjonowaniu całości. Najważniejszym elementem jest z pewnością system dystrybucji wody. W zawiązku z powyższym projektowanie systemów dystrybucji wymaga przeprowadzenia obliczeń oraz wielu analiz mających na celu doprowadzenie do najlepszego rozwiązania. Podstawowym celem obliczeń jest wyznaczenie natężeń przepływów przez przewody, określenie strat ciśnienia, wysokości zbiorników, wymaganego ciśnienia na zasilaniu oraz ciśnienia w poszczególnych węzłach sieci. Poprawne zrealizowanie obliczeń wymaga wnikliwej oceny uzyskanych wyników oraz poprawności zastosowanych rozwiązań. Zagadnienia kontroli rezultatów obliczeń trudno jest ująć w postaci algorytmicznej, gdyż oparte są głównie na doświadczeniu i wiedzy projektanta. Do oceny wyników obliczeń zdefiniowano klasy decyzyjne opisujące problemy związane ze stratami ciśnienia w przewodach. W pracy przeprowadzono eksperymenty numeryczne pokazujące, w jaki sposób może być zastosowana metoda K-najbliższych sąsiadów do oceny strat ciśnienia w przewodach wodociągowych.

7

The Application of Artificial Neural Networks in the Assessment of Pressure Losses in Water Pipes in the Design of Water Distribution Systems

Dawidowicz J., Czapczuk A., Piekarski J.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 1

292--308

EN

The water distribution system is one of the most important elements of the water supply system, the construction of which accounts for the largest part of the costs involved, while at the same time, being the determining factor in the supply of water. Pipelines should be equipped to continue fulfilling their role for many years. In connection with the above, a very important task is the correct design and execution of hydraulic calculations. During the implementation of calculations, it is often necessary to correct data frequently, in order to obtain the correct solution. Numerous parameters are evaluated in the calculation process, including flow velocity through water supply pipelines, flow rate, pressure loss and pressure in individual, network nodes. An important parameter, often underestimated, is the level of pressure loss in the calculation sections of water pipes. This paper proposes a method for the assessment of pressure loss and for the use of artificial neural networks. For this purpose, one DH1 class, describing the correct conditions and four DH2-DH5 classes, characterising problems related to the amount of pressure losses in the water pipes, have been determined. Based on the parameters characterising the operation of the water pipe, the artificial neural network, selects one of the classes and thus indicates the occurrence of a specific problem, or gives the ‘all clear’.

PL

System dystrybucji wody stanowi jeden z najważniejszych elementów wodociągu, którego budowa pochłania największą część kosztów, a jednocześnie w głównej mierze decyduje o możliwościach dostawy wody. Rurociągi wodociągowe powinny spełniać swoją rolę przez wiele lat. W związku z powyższym bardzo ważnym zadaniem jest poprawne zaprojektowanie i wykonanie obliczeń hydraulicznych. Podczas realizacji obliczeń najczęściej konieczne jest wielokrotne korygowanie danych w celu uzyskania poprawnego rozwiązania. W procesie obliczeń ocenie podlega wiele parametrów, w tym prędkość przepływu przez rurociągi wodociągowe, natężenie przepływu, wysokość strat ciśnienia oraz ciśnienie w poszczególnych węzłach sieci. Istotnym parametrem, często niedocenianym, jest wysokość strat ciśnienia na odcinkach obliczeniowych przewodów wodociągowych. W niniejszej pracy zaproponowano metodę oceny strat ciśnienia a pomocą sztucznych sieci neuronowych. W tym celu zdefiniowano jedną klasę DH1 opisującą poprawne warunki oraz cztery DH2-DH5, charakteryzujące problemy związane z wysokością strat ciśnienia w przewodach wodociągowych. Sztuczna sieć neuronowa na podstawie parametrów charakteryzujących pracę przewodu wodociągowego dokonuje wyboru jednej z klas, wskazując w ten sposób na występowanie określonego problemu lub jego brak.

8

Assessing the Diameters of Water Pipes Using the k-Nearest Neighbours Method in the Calculations of Water Distribution Systems

Dawidowicz J., Kruszyński W., Andraka D., Czapczuk A.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 1

528--537

EN

Water distribution systems provide water in cities and in rural areas. The basic element through which water reaches the consumer are the water pipes, hence their correct design is extremely important. The choice of pipe diameter requires hydraulic calculations. Computer programmes may choose diameters, but usually, it is the designer's task. This paper proposes a classifier, based on the k-Nearest Neighbours method, which, on the basis of a reliable flow, will assess the appropriateness of the diameter chosen. In the work 11961 training examples were obtained containing the input variable in the form of a nominal flow, through water supply line Qm, corresponding to the output variable DN. On the basis of the set of training examples, a model was constructed and the diameters of the water pipes were classified using the k-Nearest Neighbours method, using various neighbourhood values. The k-NN method obtained, shows a high accuracy index in the classification of the diameters of the pipes in the k = 5 neighbourhood.

PL

Systemy dystrybucji wody dostarczają wodę w miastach i na terenach wiejskich. Podstawowym elementem, przez który woda dociera do odbiorców są przewody wodociągowe, stąd niezwykle istotne jest ich poprawne zaprojektowanie. Dobór średnic rurociągów wymaga przeprowadzenia obliczeń hydraulicznych. Programy komputerowe mogą automatycznie dobierać średnice, ale najczęściej zadanie to należy do projektanta. Obecnie opracowuje się metody, które wspomagałyby projektantów w realizacji powyższych zadań. W niniejszej pracy zaproponowano klasyfikator oparty na metodzie k-Najbliższych Sąsiadów (k-NN), który na podstawie przepływu miarodajnego Qm będzie oceniał poprawność dobranej średnicy. W tym celu sporządzono 11961 przykładów uczących zawierających zmienną wejściową w postaci przepływu miarodajnego Qm oraz odpowiadającą mu zmienną wyjściową zdefiniowaną jako średnica nominalna DN. Na podstawie zestawu przykładów uczących skonstruowano klasyfikator za pomocą metody k-Najbliższych Sąsiadów, stosując różne wartości sąsiedztwa. Uzyskana metoda k-NN pokazuje wskaźnik wysokiej dokładności w klasyfikacji średnic rur dla wartości sąsiedztwa k = 5.

9

Optimization of maintenance costs of a pipeline for a V-shaped hazard rate of malfunction intensities

Romaniuk M.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2018

|

Vol. 20, no. 1

46--56

EN

In this paper I focus on an evaluation of maintenance costs of a water distribution system (WDS), if a concept of a value of money in time is taken into account. Contrary to more classical approaches, instead of a constant yield, a strictly stochastic process (i.e., the one-factor Vasicek model) of an interest rate is assumed. Such an assumption presents uncertain, future behaviour of the yield in a more correct, realistic way. Moments of failures of connections in a WDS are generated using the Monte Carlo simulations via a new kind of a convex hazard rate function (HRF), which is proposed in this paper. Moreover, quality of a pipeline and a number of previous failures have direct influence on statistical properties of this introduced HRF. Apart from an analysis of the simulated output (like the maintenance costs), the Kiefer-Wolfowitz method is used for a better adjustment of one of parameters of a WDS – deterministic and unconditional replacement (i.e., planned replacement) time of each pipe. Algorithms, for both the simulations of the failure moments for the introduced HRF and the optimization step, are also provided. Additionally, some examples of a WDS for a crisp and a fuzzified settings are statistically analysed.

PL

W niniejszej publikacji skupiam się na obliczeniu kosztów eksploatacji wodociągu (water distribution system – WDS), jeśli pod uwagę zostanie wzięta wartość pieniądza w czasie. W przeciwieństwie do klasycznego podejścia, zamiast stałej wartości stopy procentowej, zakładam stochastyczny proces stopy procentowej (w postaci jednoczynnikowego modelu Vasicka). Założenie to przedstawia niepewne, przyszłe zachowanie stopy procentowej w bardziej dokładny i realistyczny sposób. Momenty awarii połączeń w WDS generowane są z wykorzystaniem metody Monte Carlo poprzez zastosowanie nowego typu funkcji intensywności uszkodzeń (hazard rate function – HRF), który zaproponowany został w niniejszej publikacji. Ponadto, jakość połączenia oraz ilość wcześniejszych uszkodzeń ma bezpośredni wpływ na statystyczne właściwości wprowadzonej HRF. Oprócz analizy wygenerowanych za pomocą symulacji wyników (takich jak koszty eksploatacji), użyta została metoda Kiefera-Wolfowitza w celu lepszego dopasowania jednego z parametrów WDS – deterministycznego i bezwarunkowego momentu wymiany każdego z połączeń (czyli wymiany planowanej). Zaprezentowane zostały również algorytmy zarówno dla symulowania momentów uszkodzeń przy użyciu zaproponowanej HRF, jak i dla kroku optymalizacyjnego. Ponadto, wykonana została analiza statystyczna kilku przykładów WDS dla dokładnych („crisp”) i rozmytych („fuzzy”) wartości parametrów.

10

Chemical stability of water in the water supply network - preliminary research

Płuciennik-Koropczuk E., Kumanowska P.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2018

|

Vol. 28, no. 3

79--89

EN

The article presents the results of research on changes in selected water parameters during distribution in the water supply network of the city of 22 thousand inhabitants. Water parameters were controlled at 8 points in the network, distant from Water Treatment Plant from 0.4 to 3.1 km. The location of control points was selected in order to assess the water quality depending on the pipe material and at unfavourable points - at the ends of the network. It was shown that as a result of secondary water contamination an increase in turbidity, colour and total iron occurred. The distance from the Water Treatment Plant and the type of material of the network or connection, affect the quality of the water. It was confirmed that at the ends of the network the water parameters were increased and exceeded the admissible values.

PL

Prawidłowo działający system dystrybucji wody pitnej powinien zapewnić nie tylko właściwe parametry jakości wody wprowadzanej do sieci wodociągowej, ale przede wszystkim u odbiorców. Zbyt mało uwagi poświęconej właściwemu zarządzaniu systemami dystrybucyjnymi stwarza wiele zagrożeń sprzyjających wtórnemu zanieczyszczeniu wody w czasie jej przesyłu do odbiorców. Utrzymanie bezpieczeństwa sanitarnego wody i zapobieganie jej zanieczyszczeniu w systemie dystrybucji jest obecnie jednym z głównych celów Światowej Organizacji Zdrowia. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące zmian wybranych parametrów wody w sieci wodociągowej miasta liczącego 22 tys. mieszkańców. Parametry wody w sieci kontrolowano w 8 punktach, oddalonych od Stacji Uzdatniania Wody od 0,4 do 3,1 km. Lokalizację punktów kontrolnych wytypowano tak, aby ocenić jakość wody w zależności od materiału rur oraz w punktach niekorzystnych - na końcówkach sieci. Wykazano, że w efekcie wtórnego zanieczyszczenia wody następuje wzrost mętności, barwy i żelaza ogólnego. Na końcówkach sieci parametry wody były podwyższone i przekraczały wartości dopuszczalne.

11

Modelowanie komputerowe przepływów i jego wykorzystanie do poprawy pracy przykładowego wodociągu

Orłowska-Szostak M.

Proceedings of ECOpole

|

2017

|

Vol. 11, No. 2

561--569

PL

Zaprezentowano proces powstawania i niestandardowego wykorzystania modelu komputerowego przepływów w grupowym systemie transportu i dystrybucji wody wodociągowej (STDW) zaopatrującym cztery miejscowości gminy Wejherowo. Dane opisujące stan aktualny sieci obejmują m.in. topologię sieci, średnice, materiał oraz wiek przewodów, obiekty współpracujące z układem wodociągowym, występujące rozbiory wody i obecny charakter zapotrzebowania miasta na wodę wodociągową, a także parametry charakteryzujące jakość wody dostarczanej odbiorcom. W procesie gromadzenia tych danych, pozyskiwanych od przedsiębiorstwa wodociągowego, występowały ograniczenia odnośnie do ich asortymentu i dokładności. W tych warunkach starano się maksymalnie wykorzystać posiadane informacje z punktu widzenia niezbędnej wiarygodności powstającego modelu. Podobne podejście zaprezentowano podczas przeprowadzania kalibracji modelu, mając na uwadze, że obie czynności (gromadzenie danych i kalibracja) stanowią czynności komplementarne. Dane pomiarowe dotyczyły produkcji wody na ujęciach oraz ciśnień w wybranych węzłach sieci. W procesie kalibracji modelu wykorzystano zalety symulacji czasowo-przestrzennej, co pozwoliło na optymalne wykorzystanie posiadanych danych pomiarowych. W rezultacie osiągnięty został wysoki stopień korelacji wyników pomiarów w układzie wodociągowym z wartościami zasymulowanymi. Skalibrowany model posłużył do przeprowadzenia kompleksowej analizy pracy systemu. Analiza ta obejmowała m.in. czas przebywania wody w sieci wodociągowej, w poszczególnych jej częściach (tzw. wiek wody), mający istotny bezpośredni wpływ na jakość wody dostarczanej odbiorcom. Zaproponowano również pewne koncepcje modernizacji zmierzające do usprawnienia pracy nieoptymalnie działającego układu wodociągowego miasta. Wspomniane usprawnienie systemu obejmowało przede wszystkim korektę podziału systemu na strefy ciśnienia i sterowanie przepływami w sieci.

EN

In the paper a process of coming into existence and a nonstandard use of the computer model of water transport and distribution system (STDW) for middle size (of about 50,000 inhabitants) city located in Pomorskie region was presented. Collecting the data describing current state of the system the authors concentrated their attention on the network of pipes (the network topology, diameters, material and the age of pipes), objects cooperating with the waterworks system, network fittings, appearing consumptions of water and current character of the water demand in the city and also some parameters being characteristic of a quality of water delivered to the consumers. All these data constituting the base for creating the model STDW were collected in the essential scope and with the essential accuracy. There appeared here some restrictions in the form of the assortment and accuracies of the data which the water authority had at their disposal. In these conditions the authors were trying to exploit to the maximum the gathered data from a point of view of the essential credibility of the model coming into existence. The similar approach was presented while making the calibration of the model bearing in mind that both activities (the completing of the data and the calibration) constitute activities of complementary character. The measuring data concerned water production at the water intakes and pressures occurring in chosen nodes of the water supply network. In the process of the calibration of the model advantages of the extended period simulation were exploited what allowed for the optimal use of the measuring data being for the author disposal. As a result a satisfactory correlation of results of measurements and simulated values has been achieved. The calibrated model was used for conducting the comprehensive work analysis of the system. This analysis included the residence time of water in the water supply network (so-called "age of water") having essential direct impact on the quality of water delivered to consumers. Also some concepts of modernization of the system were offered. They are aiming at streamlining the work of the non-optimal waterworks in the city. The mentioned streamlining the system included correction of the division of the system into zones of pressure and the control of flows.

12

A high-performance computing (HPC) based integrated multithreaded model predictive control (MPC) for water supply networks

Gaska K., Generowicz A., Zimoch I., Ciuła J., Iwanicka Z.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2017

|

Vol. 10, no. 4

141--151

EN

The article presents the concept of an intelligent system of multithreaded, hierarchical predictive control of water supply and sewage networks using a parallel computational architecture. The predominant element of the proposed control system over other hitherto functioning systems is the element of predicting future events (MPC model). This feature, combined with the self-learning intelligent control system, not only allows you to react to changes in sensor state, but also anticipate these changes and adjust the system in advance to prepare for predicted situation, which is particularly important in systems with high inertia as extensive water supply and sewage networks. The technologically advanced solutions proposed by the authors, ie the HPC (High Performance Computing) ICT system, including the requesting module allows (by analyzing the space of states and events in real time) to predict future behaviors of individual elements of the system and effectively react to unknown cases, supporting the making of strategic decisions.

PL

W artykule przedstawiono koncepcję inteligentnego systemu wielowątkowego, hierarchicznego sterowania predykcyjnego sieciami wodociągowymi i kanalizacyjnymi z wykorzystaniem równoległej architektury obliczeniowej. Zdecydowaną przewagą proponowanego systemu sterowania nad innymi dotychczas funkcjonującymi, jest element przewidywania przyszłych zdarzeń (model MPC). Cecha ta w połączeniu z samouczącym się inteligentnym systemem sterowania pozwala nie tylko reagować bieżąco na zmiany stanu sensorów, ale również przewidywać te zmiany i z odpowiednim wyprzedzeniem korygować działanie systemu przygotowując go na przewidywany rozwój sytuacji, co ma szczególnie duże znaczenie w systemach o dużej bezwładności jak rozległe sieci wodociągowe i kanalizacyjne. Proponowane przez autorów zaawansowane technologicznie rozwiązania, tj. system ICT klasy HPC (High Performance Computing), obejmujący m.in. moduł wnioskujący, pozwala (poprzez analizę przestrzeni stanów i zdarzeń w czasie rzeczywistym) na przewidywanie przyszłych zachowań poszczególnych elementów systemu i skutecznie reagować na nieznane przypadki, wspomagając podejmowanie strategicznych decyzji.

13

On simulation of maintenance costs for water distribution system with fuzzy parameters

Romaniuk M.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2016

|

Vol. 18, no. 4

514--527

EN

In this paper we propose a model for evaluation of maintenance costs of a water distribution system (WDS). The set of possible states of each connection (i.e. a pipeline in the WDS) is related to various possible degrees of quality of the pipe and types of its malfunctions. The process of transitions between these states forms a semi-Markov process. Using Monte Carlo simulations, the length of services and the times of necessary replacements and repairs of the connections are obtained. These values are then used as an input for estimation of the maintenance costs of the whole WDS. During this step we take into account the concept of present value of money. Contrary to other approaches, instead of a constant yield, a stochastic process (the one-factor Vasicek model) of an interest rate is assumed. Then various simulated measures of reliability and the maintenance costs can be analysed, like an influence of various parameters of the pipes (e.g. intensities of damages) on the final costs of the performed services. They can be crucial in the analysis of risk for various possible decisions. Apart from the crisp approach, the Monte Carlo simulations are also applied, if some of the parameters of the WDS are fuzzified. Therefore uncertainty and experts’ knowledge can be easily incorporated into the proposed procedure of the estimation of the maintenance costs. Observed differences between the crisp and the fuzzy output are highlighted. Simulation algorithms, necessary for both of these approaches, are also provided.

PL

W niniejszym artykule przedstawiono model obliczający koszty utrzymania i konserwacji dla systemu dystrybucji wody (WDS). Zbiór możliwych stanów każdego połączenia (tzn. odcinku rurociągu w WDS) jest zdefiniowany przez różne poziomy jakości rury oraz występujące typy uszkodzeń. Proces przejść pomiędzy tymi stanami jest opisany procesem semi-Markowa. Wykorzystując symulacje Monte Carlo, uzyskano długości okresów obsługi oraz momenty niezbędnych wymian i napraw. Wartości te są następnie wykorzystywane do estymowania kosztów utrzymania całego WDS. W kroku tym brana jest pod uwagę wartość pieniądza w czasie. W przeciwieństwie do innych podejść, zamiast stałej stopy procentowej, założono stochastyczny proces stopy (dany jednowymiarowym modelem Vasicka). Następnie na podstawie przeprowadzonych symulacji wykonano analizę opartą o różne miary niezawodności i obliczone koszty obsługi, np. zbadano wpływ parametrów połączenia (takich jak intensywność uszkodzeń) na ostateczne koszty konserwacji. Analizy tego typu mogą pełnić istotną rolę w ocenie ryzyka dla różnych możliwych do podjęcia decyzji. Poza podejściem typu crisp, zastosowano również symulacje Monte Carlo gdy niektóre z parametrów WDS zostały określone w sposób rozmyty. Dzięki temu można wykorzystać niepewność oraz wiedzę ekspercką w proponowanej metodzie estymacji kosztów obsługi. Zwrócono uwagę na różnice występujące pomiędzy podejściem crisp i rozmytym. Zostały również opisane niezbędne dla obydwu podejść odpowiednie algorytmy symulacyjne.

14

Bakterie Legionella w logistyce systemów zaopatrzenia w wodę

Bąk J.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

8652--8661, CD3

PL

Celem artykułu są rozważania dotyczące obecności bakterii z rodzaju Legionella w systemach wodociągowych oraz odpowiedź na pytanie czy bakterie te stanowić mogą poważny problem w logistyce systemów zaopatrzenia w wodę w Polsce. W artykułu przedstawiona została analiza liczby zachorowań w Polsce na legionelozę – chorobę wywoływaną przez bakterie z rodzaju Legionella – w ostatnich latach. Liczba ta oraz zapadalność na tę chorobę porównano z zachorowaniami w innych krajach europejskich. Ponadto, analizie poddano dane dotyczące jakości wody przeznaczonej do spożycia w wybranych miejscach (szpitale, koszary, itp.) pod kątem obecności bakterii z rodzaju Legionella. Zestawiono także epidemie choroby legionistów zarejestrowane w Europie w ostatnich latach. W podsumowaniu stwierdzono, iż w logistyce systemów zaopatrzenia w wodę, a w szczególności w logistyce dystrybucji wody nie należy lekceważyć zagrożenia związanego z obecnością bakterii z rodzaju Legionella i możliwością ich namnażania się. Należy podejmować właściwe działania zmierzające do ograniczania tego zagrożenia. Edukacja odbiorców wody będących właścicielami instalacji wodociągowej w budynkach oraz zarządców nieruchomości w zakresie zagrożenia związanego z tymi mikroorganizmami wydaje się jednym z kluczowych działań. Tylko świadomość zagrożenia u ludzi pozwoli na podjęcie właściwych kroków zaradczych.

EN

The aim of the paper are considerations for the presence of Legionella in drinking water distribution systems and to answer the question whether these bacteria can be a serious problem in the logistics of water supply systems in Poland. The paper presents an analysis of the number of cases of legionellosis in Poland in recent years. This number and incidence of the disease compared with registered cases in other European countries. In logistics of water supply systems should not be underestimated risks associated with the presence of Legionella and the possibility of their proliferation. Action should be taken towards mitigate this threat. Education of consumers of water (which are owners of plumbing in buildings) and property managers on the risk associated with these microorganisms seems to be one of the key actions. Only awareness of the danger allowed to take the appropriate remedies.

15

Indukcja drzewa decyzyjnego do oceny strat ciśnienia na przewodach sieci wodociągowych

Czapczuk A., Dawidowicz J.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2015

|

Nr 1

11--14

PL

W artykule zaprezentowano proces indukcji drzewa decyzyjnego metodą C4.5 przeznaczonego do oceny strat ciśnienia na przewodach wodociągowych. Zamieszczono schemat uzyskanego drzewa decyzyjnego oraz wyniki funkcjonowania reguł drzewa w postaci macierzy błędów. Reguły decyzyjne wygenerowane za pomocą drzewa mogą być wykorzystywane w systemach komputerowych, będących połączeniem systemu ekspertowego oraz tradycyjnego programu do obliczeń hydraulicznych systemów dystrybucji wody.

EN

Problem discussed in this paper is the evaluation of the pressure losses in calculation sections, which indirectly relates to the selection of pipe diameters, lengths of lines and absolute roughness coefficient. Make sure that the pressure losses are not too high, resulting in a decline of the hydraulic grade line, often below the terrain or too low, due to oversizing pipe diameters. The paper presents the process of induction C4.5 decision tree method designed to assess the pressure losses on water pipes. A scheme of the decision tree obtained and the results of the operation of the rules of the trees in the form of a confusion matrix. Decision rules made in this paper can be used in computer systems, which is a combination of expert system and the traditional program for hydraulic calculations of water distribution systems.

16

Water quality correction within water distribution system

Kowalski D., Kowalska B., Hołota E., Choma A.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2015

|

Vol. 22, nr 3

401--410

EN

Water suppliers can be treated as production companies whose main product is water delivered to their customers. The article presents problems connected with management of such companies in the conditions of secondary contamination in water distribution systems. This phenomenon exists in water networks all over the world. Its’ presence is particularly visible in countries of former communistic block. In the article particular attention was devoted to the issue of water quality correction in the analysed systems. In the case of water distribution systems, former quality correction methods consisted in special treatment of water pumped into the system, flushing and cleaning of water pipes. In both these cases identification of water quality deficiencies resulted in significant water loss. The situation reflects management processes applied in the manufacturing industry of the 1940s. The authors of this paper put forward the concept of three water quality correction methods which would not entail such considerable water loss. The methods in question are intended for different network types. The implementation of proposed solutions could set new standards in management of distribution systems of water providers.

PL

Przedsiębiorstwa wodociągowe mogą być traktowane jako zakłady produkcyjne, których głównym produktem jest woda dostarczana do odbiorców. W artykule autorzy zwracają uwagę na problematykę zarządzania takimi przedsiębiorstwami w warunkach występowania zjawiska wtórnego zanieczyszczenia wody w obrębie sieci wodociągowych. Problem wtórnego zanieczyszczenia dotyczy systemów wodociągowych na całym świecie, jednak szczególnie widoczny jest w krajach byłego bloku komunistycznego. W artykule zwrócono uwagę na problem korygowania jakości wody w obrębie sieci. W przypadku systemów dystrybucyjnych wody dotychczasowe metody korygowania opierały się głównie o specjalne uzdatnianie wtłaczanej do sieci wody oraz płukanie i czyszczenie przewodów sieciowych. W obu przypadkach stwierdzenie nieprawidłowej jakości wody w obrębie sieci dystrybucyjnej skutkowało znaczącymi stratami wody. Sytuacja ta odpowiada procesom zarządzania stosowanym w przemyśle produkcyjnym w latach 40. ubiegłego wieku. W artykule autorzy prezentują koncepcje opracowanych przez siebie czterech metod korygowania jakości przesyłanej wody, niewymagających jej znacznych strat. Metody te zostały dedykowane różnym typom sieci. Wdrożenie tych metod może zmienić standardy zarządzania systemami dystrybucyjnymi w przedsiębiorstwach wodociągowych.

17

Ocena średnic przewodów wodociągowych za pomocą sieci neuronowych Kohonena

Dawidowicz J.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2015

|

z. 62, nr 1

43--64

PL

Projektowanie systemu dystrybucji wody nieodłącznie wiąże się z wykonaniem obliczeń, których celem jest m.in. wyznaczenie natężenia przepływów przez poszczególne przewody oraz dobór średnic z zachowaniem odpowiednich prędkości przepływu. W obliczeniach systemów dystrybucji wody od wielu lat stosuje się technikę komputerową. Zwiększająca się moc obliczeniowa komputerów samoistnie nie rozwiąże złożonych problemów. Dopiero zastosowanie zaawansowanych metod obliczeniowych pozwoli usprawnić proces obliczeniowy i poprawić jakość rozwiązań. Obecnie dąży się do stworzenia programów obliczeniowych, które będzie charakteryzować pewien stopień kreatywności, co powinno ułatwić użytkownikom podejmowanie decyzji na różnych etapach realizacji zadania i poprawić jakość rozwiązań. Wydaje się, że klasyczne algorytmy o sformalizowanym przebiegu można uzupełnić znacznie bardziej zaawansowanymi technikami obliczeniowymi, w tym modelowaniem za pomocą sztucznych sieci neuronowych. W niniejszej pracy rozpatrzono możliwość zastosowania sztucznych sieci neuronowych Kohonena do oceny średnic przewodów wodociągowych. Opisano metodykę budowy zbioru danych do uczenia sieci neuronowych, metodykę procesu uczenia sieci oraz zestawiono przeanalizowane warianty sieci Kohonena. Omówiono dobór danych wejściowych oraz struktury sieci Kohonena. Uzyskane wyniki pozwalają wnioskować, że te sieci neuronowe mogłyby być uzupełnieniem tradycyjnych metod obliczeniowych. Zaletą tego rozwiązania jest mapa topologiczna, która w sposób graficzny pokazuje położenie danej średnicy względem innych średnic w zależności od parametrów opisujących odcinek obliczeniowy. Dodatkowy moduł programu komputerowego wykorzystujący sieć neuronową pozwoli zaakceptować przyjętą do obliczeń lub dokonać korekty średnicy przewodu wodociągowego.

EN

Designing water distribution systems is inherently linked to the implementation of calculations whose aim is, among others, to determine flow rates for individual pipes and choose diameters with appropriate flow velocity. In the calculations for water distribution systems, computer technology has been used for many years. Increasing computing power will not, however, solve the complex problems by itself. Only the application of advanced computational methods is able to genuinely enhance the computational process and improve the quality of the used solutions. Currently, the goal is to develop such computer programs that would feature a certain degree of creativity, which should help users make decisions at different stages of performing the task, and improve the quality of the used solutions. It appears that traditional algorithms with a formalized pattern can now be replaced by more sophisticated computational techniques, including modeling with the use of artificial neural networks. The following paper examines the possibility of applying Kohonen artificial neural networks (also known as self-organizing maps) to evaluate the diameter of water pipes. The study describes the construction methodology behind the data set for neural network learning and network learning process methodology, also summarizing the analyzed variants of Kohonen networks. The paper then goes on to discuss the selection of input data and the Kohonen network structure. The obtained results allow to conclude that these neural networks could complement the traditional methods of calculation. The advantage of this solution is the topological map which graphically shows the location of a given diameter with respect to the other diameters, depending on the parameters describing the calculation section. The additional module of a computer program, based on a neural network, will help approve, or revise, the adopted water pipe diameter.

18

Analiza przepływów w przewodach sieci wodociągowej za pomocą systemu ekspertowego

Czapczuk A., Dawidowicz J.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2015

|

z. 62, nr 1

13--26

PL

Projektowanie systemów dystrybucji wymaga przeprowadzenia wielu obliczeń i analiz mających na celu uzyskanie najlepszego rozwiązania. Podstawowym celem obliczeń jest wyznaczenie natężenia przepływu przez przewody oraz określenie strat ciśnienia, wysokości zbiorników, wymaganego ciśnienia na zasilaniu i ciśnienia w poszczególnych węzłach sieci. Systemy dystrybucji wody są zbudowane ze złożonych, skomplikowanych układów przewodów, w których zachodzą różnorodne przepływy. Niezwykle ważna jest analiza przepływów z punktu widzenia dobranej średnicy, prędkości przepływu, ale również położenia w strukturze układu przewodów. W przypadku gdy pojemność wewnętrzna przewodu ze względu na jego średnicę i długość jest znacznie większa niż wydatek z węzła końcowego oraz przepływ tranzytowy do dalszych przewodów, może wystąpić zjawisko przestoju wody. Zjawisko to może się pojawić w sieciach pierścieniowych oraz w końcówkach sieci. Problemem może być również wzrastający przepływ przez przewody wraz z rozbudową systemu dystrybucji wody, gdy podłączane tereny nie były wcześniej uwzględnione w planie ogólnym wodociągu. Problem rozwiązano jako klasyfikację za pomocą reguł drzewa decyzyjnego. Zdefiniowano jedną klasę QK1 odpowiadającą zakresowi odpowiednich wartości przepływu oraz sześć klas QK2÷QK7 opisujących przyczyny niepoprawnego przepływu. Zaprezentowano proces indukcji drzewa decyzyjnego metodą C4.5 przeznaczonego do oceny przepływów w przewodach wodociągowych. Reguły decyzyjne z uzyskanego drzewa pozwalają dokonać oceny przepływu poprzez wybór jednej z klas. System ekspertowy korzystający z reguł sporządzonych za pomocą indukcji drzewa decyzyjnego może być zastosowany jako dodatkowy moduł programu komputerowego.

EN

Designing water distribution systems requires lots of calculations and analyses aimed at finding the best possible solution. The primary purpose of the calculations is to determine the pipe flow rate, pressure loss, height of water tanks, required supply pressure and the pressure in respective nodes. Water distribution systems comprise complex pipe designs where various water flows occur. It is extremely important to analyze water flows from the standpoint a selected diameter and flow rate, but also the pipe position with respect to the structure, in order to prevent water outage. When the conductor’s internal capacitance – due to its diameter and length – exceeds the output from the end node and the transit flow for subsequent pipes, water outage may occur. This can take place in ring networks and network terminals, where water flows are relatively small in relation to the required diameter in terms of fire protection. Also the increasing pipe flow, along with the expansion of the water distribution system, may turn out to be problematic when connected areas have not been previously included in the general plan of the water supply system. The issue has been resolved by means of classification based on decision tree principles. The QK1 class was introduced with respect to the range of the respective values corresponding to water flow, and six other classes, QK2÷QK7, were also defined to describe the cause of improper flow through the water supply network pipes. Induction process of the decision tree was presented with the use of the C4.5 method designed to evaluate water flow in the pipes. The principles from the resulting decision tree allow to evaluate water flow by selecting one of the classes. The expert system, using the principles developed on the basis of the decision tree induction, can be used as an additional computer program module.

19

Diagnostyka doboru średnic przewodów wodociągowych za pomocą sztucznych sieci neuronowych typu MLP: przykład obliczeniowy

Dawidowicz J.

Budownictwo i Inżynieria Środowiska

|

2015

|

Vol. 6, no. 2

61--68

PL

Obliczenia systemów dystrybucji wody wykonywane są najczęściej wielokrotnie, gdyż po pierwszych obliczeniach z reguły nie uzyskuje się poprawnego rozwiązania z technicznego punktu widzenia. Pojawiają się różnorodne problemy, które powinny być rozpoznane i zlokalizowane. Po każdym przebiegu obliczeniowym następuje ocena wyników, korekta danych i kolejne obliczenia. Przyjmując, że obliczenia są wieloetapowym procesem mającym na celu uzyskanie właściwego rozwiązania, można mówić obliczeniach jako o procesie obliczeniowym oraz diagnostyce procesu obliczeniowego. W niniejszym artykule zamieszczono przykład obliczeniowy metody diagnostycznej, mającej na celu ocenę poprawności doboru średnic przewodów wodociągowych. Proponowana metoda opiera się na teorii diagnostyki procesów oraz modelowania neuronowego.

EN

Calculations of water distribution systems are the most frequently performed, because after the first calculations the correct solution, from a technical point of view, are generally not obtained. After each run the calculation takes evaluation of the results, correction of data and next calculation. Assuming that the calculation is a process to obtain the right solutions, we can talk about the process of calculation and diagnosis of the calculation. This article provides an example of calculation diagnostic method aimed at assessing the selection of diameter water pipes. The proposed method is based on the theory of diagnostic processes and neural modelling.

20

Badania struktur sieci neuronowych typu mlp do oceny układu stref ciśnienia systemu dystrybucji wody

Dawidowicz J.

Budownictwo i Inżynieria Środowiska

|

2015

|

Vol. 6, no. 2

53--60

PL

W artykule opisano badania nad różnymi strukturami sztucznych sieci neuronowych typu perceptron wielowarstwowy MLP przeznaczonych do oceny układu systemu dystrybucji wody. Problem oceny układu systemu został potraktowany jako zadanie klasyfikacji. Zdefiniowano klasy opisujące problemy występujące w procesie obliczeń związane z wysokością ciśnienia i podziałem systemu na strefy. Sieć neuronowa na podstawie zmiennych wejściowych, opisujących warunki hydrauliczne i terenowe, dokonuje klasyfikacji wskazując występujący problem w danym węźle systemu dystrybucji wody. Zamieszczono zestawienia tabelaryczne struktur przebadanych sieci neuronowych, wartości błędu uczenia, trafność klasyfikowania oraz analizę wrażliwości zmiennych wejściowych. Uzyskana sieć neuronowa ma za zadanie uzupełnić podstawową metodykę obliczeń systemów dystrybucji wody o elementy oceny uzyskanych wyników obliczeń.

EN

Designing of water distribution systems is inherently associated with hydraulic simulations the purpose of which is to determine the flow rate in individual system sections, selection of pipe diameters, calculation of pressure losses and of the pressure head at nodes. In the water distribution system design and hydraulic calculations one should, inter alia, check a pressure head in different parts of the system. It is also important to establish whether the system should consist of one or more pressure zones. It is connected with the appropriate location of network pumping stations and pressure reducing stations. There are many methods of calculation of water distribution systems that allow you to solve tasks for various structures of pipeline. Computer programmes based on the above methods calculate the value required variables describing the individual elements of the system, but do not have procedures for assessing their accuracy. Currently, there are no, and probably there will be no programmes which would replace a designer in the aforementioned tasks. However, nowadays one tries to develop computer programmes featuring certain degree of creativity in order to facilitate user decision making. The article describes research on the various structures of multilayer perceptrons designed to evaluate the pressure zones the water distribution system. The task of evaluation system was defined as a classification. Problems in the calculation of water distribution systems related to the amount of pressure and the division of the system into zones described using classes. A neural network based on input variables that describe the hydraulic conditions and terrain, classifies the problem occurring in a given node water distribution system. The article contains a table with tested multilayer perceptrons, learning error values, classification results and a table with sensitivity analysis network input variables. The resulting neural network should complement the basic methodology for calculating the water distribution systems with elements of evaluate the results calculations.