Wiadomości bez granic

Z historycznego punktu widzenia, wydajność hydrauliczna systemów dystrybucji wody (ang. water distribution systems WDS) była jednym z głównych problemów w zarządzaniu systemami dystrybucji wody, jednak w ostatnich dwudziestu latach nastąpiła zmiana podejścia i coraz więcej uwagi poświęca się zmianom jakościowym wody. W większości przypadków zapewnienie stałego poziomu obecności czynnika dezynfekcyjnego pozwala uniknąć ponownego rozrostu populacji bakterii i zabezpiecza przed przekazywaniem zakażenia. Jednak dezynfekanty, takie jak chlor, reagują lub wytrącają się wraz z upływem czasu, a wchodząc w reakcję z elementami organicznymi zawartymi w wodzie tworzą potencjalnie szkodliwe produkty uboczne.Z tego powodu zapewnienie minimalnego poziomu chloru w całym systemie dystrybucji wody jest zadaniem skomplikowanym, lecz jednocześnie bardzo ważnym. Okazuje się, że przy mniejszej ilości dozowanego chloru można zachować właściwy minimalny poziom czynnika dezynfekującego w całym systemie. W tym przypadku połączono zarządzanie optymalną pracą zaworów z dezynfekcją wspomaganą w celu poprawienia jakości wody w systemie. Zaworami można tak sterować, by zmienić przepływ wody w całym systemie. Zapobiega to izolowaniu wody i przede wszystkim doprowadza wodę zmieszaną z czynnikiem dezynfekującym do miejsc, gdzie jest on potrzebny. Cel badań to zminimalizowanie dawek chloru u źródła oraz zmniejszenie nadmiernego stężenia chloru w punktach poboru, przy jednoczesnym zachowaniu właściwych stężeń chloru i ciśnienia w całym systemie. Problem ten został rozwiązany za pomocą algorytmu genetycznego. Zastosowanie rozwiązania w średniej wielkości systemie dystrybucji wody pokazuje, że zoptymalizowane zarządzanie pracą istniejących zaworów w połączeniu z dezynfekcją wspomaganą może podnieść jakość wody przy jednoczesnej redukcji zapotrzebowania na chlor, z czego wynika również niewielka redukcja ciśnienia.

 

„Journal of Water Resources Planning and Management”, tom 136 (lipiec/sierpień 2010)

 

Amerykańskie stowarzyszenie ASCE jest wydawcą książek oraz magazynów naukowo-technicznych, takich jak „Journal of Hydraulic Engineering”, „Journal of Water Resources Planning and Management”, „Journal of Environmental Engineering”, „Journal of Infrastructure Systems”, „Journal of Management in Engineering” oraz Journal e-AWWA (www.awwa.org). Aby przybliżyć istotne dla branży problemy naukowe, publikowane na łamach książek oraz pism ASCE, prezentujemy ich streszczenia. Opracowania pochodzą z internetowej bazy danych www.pubs.asce.org/cedbsrch.html (red.).

Optymalizacja pracy dużych i hydraulicznie skomplikowanych systemów dystrybucji wody jest droga w opracowaniu, gdyż do oceny wydajności rozwiązań zaproponowanych dla danego problemu konieczne są modele symulacyjne. Metamodele mogą posłużyć jako zastępstwo lub substytut modeli symulacyjnych, wyraźnie przyspieszając proces optymalizacji. Zastosowanie metamodeli w dziedzinie optymalizacji systemów dystrybucji wody było dotychczas ograniczone, a także nie istniało zbyt wiele wskazówek dotyczących ich tworzenia dla skomplikowanych hydraulicznie systemów. O ile relatywnie łatwo można otrzymać odpowiedni metamodel przybliżenia w modelach symulacyjnych systemów dystrybucji wody, o tyle niekoniecznie sprawdzają się one w przypadku bardziej złożonych sieci dystrybucji. Należy rozważyć szereg czynników, włącznie ze złożonością modelu symulacji hydraulicznej oraz przestrzeni decyzyjnej i lokalizacji, dla których konieczne są wyniki hydraulicznego modelu symulacyjnego. Zademonstrowano efektywność proponowanej metody poprzez jej zastosowanie w rzeczywistym systemie dystrybucji wody. Przedstawione zostały cztery różne scenariusze metamodelowania. Skutkiem optymalizacji jest zmniejszenie średnich dziennych kosztów pracy pomp z 457 dol. do 363 dol., co przekłada się na oszczędność rzędu 21%. Wartość bieżąca netto (ang. net present value – NPV) po 25 latach jest wykorzystywana jako funkcja kryterialna, zawierająca jednocześnie koszty pracy pomp i chloru. Aktualny system pracy odpowiada wartości bieżącej netto na poziomie 1,56 dol.miliona dolarów, a rozwiązanie optymalizacyjne wykazuje bieżącą wartość netto na poziomie 1,34 dol.miliona dolarów, co oznacza oszczędność 14%. Poza zyskiem ekonomicznym, zoptymalizowane rozwiązanie pozwala osiągnąć odpowiedni poziom dezynfekcji w całym systemie, podczas gdy, biorąc pod uwagę obecne procedury pracy, dochodzić może do zbyt niskiej zawartości chloru w szeregu lokalizacji w systemie.

 

„Journal of Water Resources Planning and Management”, tom 136 (lipiec/sierpień 2010)

W pracy zaproponowana została dwustopniowa metoda wspomagania badania i analizy możliwych lokalizacji źródła po wykryciu zanieczyszczenia w systemie wody pitnej. Często problem badania i analizy jest niewłaściwie definiowany, gdyż do jego pełnej oceny brakuje wielu ważnych informacji. Na początek zastosowano algebrę liniową w celu wyeliminowania potencjalnego ryzyka zanieczyszczenia. Następnie zaproponowano technikę inwersji Bayesowskiej, metodę minimalnej entropii względnej do rozwiązania pozostałych zmiennych. Takie równanie pozwala na mniejsze zaangażowanie rozdziału a priori z uwzględnieniem nieznanych informacji, a może również brać pod uwagę niepewność modelu i ewentualne błędy pomiaru. Rozwiązaniem jest funkcja gęstości prawdopodobieństwa rozkładu natężenia w czasie i w przestrzeni, uwzględniająca różne możliwe wprowadzenia (czynnika), które mogą być przyczyną powstania obserwowanych danych. Dodatkowo, do każdego potencjalnego źródła przypisano współczynnik opisujący prawdopodobieństwo konkretnej lokalizacji zanieczyszczenia. Efektywność i działanie metody zostały przetestowane na dwóch przykładowych sieciach.

 

„Journal of Water Resources Planning and Management”, tom 136 (lipiec/sierpień 2010)