IVÓVÍZHÁLÓZATOK REKONSTRUKCIÓJA Laky Dóra

Az előadások a következő témára: "IVÓVÍZHÁLÓZATOK REKONSTRUKCIÓJA Laky Dóra"— Előadás másolata:

1 IVÓVÍZHÁLÓZATOK REKONSTRUKCIÓJA Laky Dóra
BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK

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

3 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

4 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

5 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

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

7 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

8 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)

9 Egyváltozós determinisztikus modell (aggregált)
csőtörések száma idő

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

11 Többváltozós determinisztikus modell
β0 + Xm1β1 + Xm2β2 + Xm3β Xmpβp = lnTm X: a környezeti feltételekre illetve a csőre vonatkozó adatok β: modell-paraméterek T: két csőtörés között eltelt idő

12 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

13 Valószínűségi egyváltozós modell

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

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

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

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

18 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

19 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

20 Az élettartam leírása egyéb eloszlásokkal

21 Herz eloszlás – konkrét alkalmazások

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

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

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

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

26 Rehabilitációs igények meghatározása hosszú távon
Forrás: KANEW,

27 Kis átmérőjű vezetékek
vezeték kora csőtörések száma P (valószínűség)

28 Kis átmérőjű vezetékek
vezeték kora csőtörések száma P (valószínűség)

29 Kis átmérőjű vezetékek
vezeték kora csőtörések száma P (valószínűség)

30 Kis átmérőjű vezetékek
vezeték kora csőtörések száma P (valószínűség)

31 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 év Állapotkategóriák

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

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

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

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

36 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)

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

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

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

40 CARE - W

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

42 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

43 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 mm átmérőjű vezetékek aránya A víz színére vonatkozó panaszok száma Meghibásodások száma stb.

44 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

45 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

46 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.

47 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.

48 Az egyes modulok kapcsolata

49 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

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

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

52 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

53 LTP – Hosszú távú rekonstrukciós igények

54 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)

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

56 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.)