IVÓVÍZHÁLÓZATOK REKONSTRUKCIÓJA Laky Dóra BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK

Vezetékek rekonstrukciója a vezetékállapot „tükrében” elméleti háttér, modellek bemutatása, kockázat fogalma CARE-W program bemutatása A CARE-W program egyik moduljának (LTP) részletes bemutatása

Előzmények A hálózat öregedése  csőtörések számának növekedése, vízveszteségek Az elmúlt években a budapesti hálózaton nagy számú csőtörés következett be nagy (≥ 300 mm) átmérőjű vezetékeken is

Előzmények A hálózat öregedése  csőtörések számának növekedése, vízveszteségek Az elmúlt években a budapesti hálózaton nagy számú csőtörés következett be nagy (≥ 300 mm) átmérőjű vezetékeken is A rendelkezésre álló pénz felhasználásának optimalizálása: a megfelelő vezeték rekonstrukciója a megfelelő időben a megfelelő technológiával

Vezetékek állapotának meghatározása Annak megállapításához, hogy mely vezetéket rekonstruáljuk ismerni kell annak állapotát. Ez az ismeret megszerezhető közvetlen és közvetett úton. Állapotfelmérések (közvetlen megismerés, de csak bizonyos pontokról ad információt) A terhek és a keletkező feszültségek leírása: fizikai modell Adatok statisztikai elemzése  várható csőtörés-szám meg- határozása: statisztikai modellezés

Fizikai modellek A vezetékre ható terhek vizsgálata Keletkezett igénybevételek Feszültségek vizsgálata: normál- és nyírófeszültségek Főfeszültségek meghatározása

TEHERVISELÉSI KÉPESSÉG - ANYAGMINŐSÉG VÁLTOZÁSA: csőtörés kialakulásában szerepet játszó tényezők talaj-, talajvíz agresszivitás egyenlőtlen talajsüllyedés forgalom gyártási hibák építési hiányosságok stb. TERHEK Fizikai folyamatok TEHERVISELÉSI KÉPESSÉG - ANYAGMINŐSÉG VÁLTOZÁSA: Határfeszültség csökkenése, Öregedési folyamatok

Statisztikai modellek Determinisztikus Egyváltozós (Shamir és Howard, 1979) Többváltozós (Clark et al., 1982) Valószínűségi Egyváltozós (Herz, 1996) Többváltozós (Andreou et al., 1987; Lei, 1997; Eisenbeis et al., 1999)

Egyváltozós determinisztikus modell (aggregált) csőtörések száma idő

A kádgörbe Csőtörések száma 1. szakasz 2. szakasz 3. szakasz A cső kora

Többváltozós determinisztikus modell β0 + Xm1β1 + Xm2β2 + Xm3β3 + ... + Xmpβp = lnTm X: a környezeti feltételekre illetve a csőre vonatkozó adatok β: modell-paraméterek T: két csőtörés között eltelt idő

Valószínűségi modellek Herz által kifejlesztett modell: „cohort survival model” a cső élettartamát valószínűségi változóként kezeli Andreou által kifejlesztett modell a csőtörések között eltelt időt kezeli valószínűségi változóként

Valószínűségi egyváltozós modell

A kádgörbe Csőtörések száma 1. szakasz 2. szakasz 3. szakasz A cső kora

A kádgörbe Csőtörések száma 1. szakasz 2. szakasz 3. szakasz kritikus csőtörés-szám élettartam A cső kora

Élettartam gyakorisági görbéje f(t) adott kritikus csőtörés-számhoz tartozó élettartam t Herz, 1999

Az élettartam leírása Herz eloszlással Élettartam sűrűségfüggvénye Kockázati tényező (meghibásodási/felújítási arány) Survival curves Várható maradó élettartam Herz, 1996; Herz, 1998

Meghibásodások gyakorisága (#/km/év) Csőcsere optimális időpontja A csőcsere optimális időpontjának meghatározása Meghibásodások gyakorisága (#/km/év) Költség (jelenérték) min. költség Csőcsere költsége Csőtörés költségei Várható összköltség Csőcsere optimális időpontja Walski és Peliccia, 1982

Meghibásodások gyakorisága (#/km/év) Csőcsere optimális időpontja A csőcsere optimális időpontjának meghatározása (a meghibásodással járó költségek magasak) Meghibásodások gyakorisága (#/km/év) Költség (jelenérték) Várható összköltség min. költség Csőtörés költségei Csőcsere költsége Csőcsere optimális időpontja Walski és Peliccia, 1982

Az élettartam leírása egyéb eloszlásokkal

Herz eloszlás – konkrét alkalmazások

Túlélési-görbe csőanyag szerint (Erfurt) duktil PVC/PE beton azbeszt- cement acél öntöttvas Cső kora Forrás: Herz és Lipkow (2001)

idő (év) Herz (1996) Felújítási arány Túlélési tényező

„Survival curves” 1,00 0,50 T50pes T50opt 0,10 65 80 120 kor (év)

Túlélési-görbe csőanyag szerint short life long life % years of age pesszimista optimista Forrás: Herz és Lipkow (2002)

Rehabilitációs igények meghatározása hosszú távon Forrás: KANEW, http://care-w.unife.it/pdf%20locked/wp4.pdf

Kis átmérőjű vezetékek vezeték kora csőtörések száma P (valószínűség)

Kis átmérőjű vezetékek vezeték kora csőtörések száma P (valószínűség)

Kis átmérőjű vezetékek vezeték kora csőtörések száma P (valószínűség)

Kis átmérőjű vezetékek vezeték kora csőtörések száma P (valószínűség)

Nagy átmérőjű vezetékek  állapotkategóriák definiálása Valószínűség 10-20 év 20-30 év 1 30-40 év 0.8 40-50 év 0.6 50-60 év 0.4 60-70 év 0.2 70-80 év 80-90 év 1 2 3 4 5 90-100 év Állapotkategóriák

Kockázat elemzés A meghibásodás kockázata = = f(a meghibásodás valószínűsége, a meghibásodás által okozott károk) Meghibásodások „előrejelzése” Kockázat elemzés

A hálózati rekonstrukció-tervezés fő pillérei vezeték-állapot értékelés kockázat elemzés hidraulikai vizsgálatok

A hálózati rekonstrukció-tervezés fő pillérei vezeték-állapot értékelés kockázat elemzés hidraulikai vizsgálatok

A meghibásodás kockázata = a meghibásodás valószínűsége * a meghibásodás által okozott károk (következmények)

A meghibásodás által okozott károk (következmények) függnek: A környezettől, ahol a vezeték található emberi épület veszélyeztetése (pl. pincehasználat) a környező épületeken okozott károk forgalom akadályoztatása stb. A csőtörés következtében elfolyt víz mennyiségétől A kiszolgált fogyasztók számától jellegétől (pl. kórházak vízellátása)

bekövetkezésének valószínűsége csőtörés bekövetkezésének valószínűsége Rekonstrukcióra szoruló vezetékszakaszok MMA Kritikus kockázati érték görbéje AMA Rekonstrukció nem szükséges okozott kár

A hálózati rekonstrukció-tervezés fő pillérei vezeték-állapot értékelés kockázat elemzés hidraulikai vizsgálatok

A hálózati rekonstrukció-tervezés fő pillérei vezeték-állapot értékelés kockázat elemzés hidraulikai vizsgálatok

CARE - W

CARE – W Computer Aided Rehabilitation of Water networks EU 6. keretprogram résztvevők:

A CARE – W program moduljai: Teljesítmény mutatók modulja – CARE-W Performance Indicators tool CARE-W PI Hidraulikai megbízhatósági modul – CARE-W Hydraulic reliability tool CARE-W REL Meghibásodást előre jelző modul – CARE-W Failure Forecasting tool CARE-W FAIL Hosszú távú rehabilitáció tervezés – CARE-W Long Term Planning tool CARE-W LTP Éves rehabilitáció tervezés – CARE-W Annual Rehabilitation Planning tool CARE-W ARP

CARE – W PI Teljesítménymutatók számítása a hálózat egészére vagy egy részére (zónára, szektorra) A problémás helyek feltérképezésében segít Példák teljesítménymutatókra: 1995 és 2000 között fektetett vezetékek aránya 100-300 mm átmérőjű vezetékek aránya A víz színére vonatkozó panaszok száma Meghibásodások száma stb.

CARE – W FAIL A várható meghibásodások számát adja meg az adatok statisztikai elemzése alapján A bemenő adatok pl.: Átmérő Anyag Vezeték üzembe helyezésének éve Meghibásodás adatok A vezetéket körülvevő környezetre vonatkozó adatok

CARE – W REL Az adott vezeték hidraulikai „fontosságát” , „kritikusságát” adja meg [0, 1] közötti szám a hidraulikai modellek egy része figyelembe veszi a várható meghibásodások számát is

CARE – W ARP Éves szinten (rövid távon) ütemezi a rekonstrukciós munkálatokat A bemenő adatok pl.: Átmérő Anyag Hossz Üzemi nyomás Ellátott fogyasztók száma / érzékenysége Az adott terület érzékenysége Vízveszteség mértéke Vízminőségi problémákat jellemző mutatók Közlekedés akadályozása stb.

CARE – W LTP Hosszú távú rehabilitáció tervezés A vezetékeket homogén csoportokba sorolja (egy csoporton belül a vezetékek azonos módon viselkednek a környezeti hatásokkal szemben) Minden csoportra a meghibásodás adatok/állapotfelmérések eredményei alapján meghatározza a várható élettartamot A Herz-modell felhasználásával ütemezi a rekonstrukciót Nem vezeték szinten ütemezi a rekonstrukciót hanem a hálózat szintjén! Nem konkrét vezetékszakaszokat jelöl ki, hanem azt, hogy egy adott csoportból egy adott évben hány km hosszú vezetékszakaszt kell rekonstruálni.

Az egyes modulok kapcsolata

LTP alkalmazása Bemenő adatok (egy budapesti város egy zónájára ezek az adatok álltak rendelkezésre): csőanyag vezeték kora a várható élettartam az adott anyagú vezetékre (rövid, közepes és hosszú élettartam feltételezésével – oslói tapasztalatok) A homogén csoportok kialakítása: pusztán a csőanyag függvényében történt

LTP – A hálózat összetételének, jelenlegi állapotnak az elemzése pesszimista megközelítés optimista megközelítés

LTP – A hálózat összetételének elemzése A hálózat az üzembehelyezés éve és a csőanyag függvényében

LTP – Hosszú távú rekonstrukciós igények (azzal a feltételezéssel, hogy egy vezeték rehabilitációjakor ugyanazt a csőanyagot alkalmazzuk mint ami az eredeti volt) pesszimista megközelítés optimista megközelítés

LTP – Hosszú távú rekonstrukciós igények

LTP – rehabilitációs stratégia meghatározása Lehetőség van annak meghatározására, hogy adott anyagú vezeték rekonstrukciója alkalmával milyen új vezeték kerüljön alkalmazásra Adott rehabilitációs stratégiák is meghatározhatóak (adott időszakban hány km adott csoportba tartozó vezetéket kell rekonstruálni)

pesszimista megközelítés optimista megközelítés Amennyiben duktil cső az új csőanyag minden vezetékcsoport esetén... pesszimista megközelítés optimista megközelítés

Egy szakértői rendszer által adott eredmény megbízhatósága a bemenő adatok minőségétől és mennyiségétől függ! Az adatok hiánya a legégetőbb probléma! Ez különösen igaz a nagy átmérőjű vezetékekre, ahol csőtörések nagyon ritkán következnek be  statisztikai elemzést végezni épp ezért nem lehet megbízhatóan („csőtörés előrejelzés”) A nagy átmérőjű vezetékeken állapotkategóriák definiálása lehet egy járható út Egységes módon történő adatgyűjtés fontossága: a vezetékre (geometria, kor, csőanyag, átmérő, meghibásodások száma, stb.), a vezeték környezetére (talaj, talajvíz, kóboráram, stb.), az épített környezetre (forgalom, környező épületek, fogyasztók, stb.)