Wiadomości bez granic

 

Sytuacja wystąpienia zanieczyszczenia systemu dystrybucji wody jest złożona, a optymalne działanie staje się warunkiem koniecznym dla zachowania zdrowia publicznego. W przypadku pojawienia się zagrożenia lub zanieczyszczenia niezbędne jest wdrożenie działań mających na celu natychmiastowe wypłukanie czynnika zanieczyszczającego z sieci – podejmowane kroki muszą być błyskawiczne i właściwe. W takiej stresowej sytuacji nie można stosować metod prób i błędów, symulacji hydrodynamicznych oraz modeli jakościowych, ponieważ do wyznaczenia optymalnego rozwiązania może być konieczna znaczna ilość ocen, wynikających z zastosowania takiego modelu. W pracy zaprezentowana została metodologia ustalania interwencji operacyjnej w systemach dystrybucji wody w celu wypłukania kontaminantu i minimalizacji jego wpływu na populację. Zdarzenie takie zostaje potraktowane jako problem optymalizacji jedno i wielokryterialnej, który z kolei może zostać rozwiązany za pomocą metody optymalizacji ewolucyjnej w połączeniu z oprogramowaniem EPANET. Metodologię tą przetestowano na prostej sieci teoretycznej oraz w praktycznym stadium przypadku w mieście Villavicencio w Kolumbii.

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

W ostatnich latach bezpieczeństwo systemów dystrybucji wody pitnej stało się jednym z ważniejszych zagadnień. Aby chronić zdrowie odbiorców wody i minimalizować wpływ wywołany przypadkiem zanieczyszczenia wody, jej jakość musi być bezustannie kontrolowana i analizowana. Ponieważ pojawienie się zanieczyszczenia może mieć miejsce niemal w każdym węźle w dowolnym czasie, a zdarzeń tych może być teoretycznie nieskończenie wiele nawet w średniej wielkości sieci, zagrożenie jest duże i rośnie proporcjonalnie do wielkości sieci. Rezultatem takiej sytuacji jest stworzenie systemu ostrzegania o wystąpieniu zanieczyszczenia w oparciu o gotowy zestaw danych wynikających z przypadków wystąpienia zanieczyszczenia, które nie zawsze jednak były poważne. W celu rozwiązania tego problemu opracowana została metoda oparta na wzajemnej entropii, mającej swoje korzenie w symulacjach akcydentalnych sytuacji. Sugerowany algorytm jest w stanie próbkować wydajnie rzadki predefiniowany podzestaw (np. zestaw zdarzeń o małym prawdopodobieństwie wystąpienia przy jednoczesnych olbrzymich potencjalnych skutkach) z pełnego zestawu zdarzeń. Metodologia została zademonstrowana na przykładzie dwóch systemów dystrybucji wody.

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

 

  Z. Yi Wu, P. Sage, D. Turtle: Model wykrywania wycieków oparty na odczytach ciśnienia oraz jego zastosowanie w lokalnych systemach dystrybucji wody

Efektywna ekonomicznie redukcja strat wody jest kuszącą perspektywą, jednak niesie za sobą spore wyzwania dla zakładów zarządzających sieciami dystrybucji wody. W pracy zaprezentowana została oparta na modelowaniu metoda optymalizacji wykrywania przypadków wycieków w systemach dystrybucji wody. Miejsca narażone na wycieki zostały zidentyfikowane jako węzły istniejącego modelu. Zdarzenie wycieku zostało odwzorowane za pomocą zapotrzebowania zależnego od ciśnienia symulowanego w trakcie przemieszczenia się emitera przez wybrane węzły modelu. Metoda wykrywania wycieków została opracowana w celu optymalizacji lokalizacji węzłów wycieków oraz powiązanych z nimi współczynników emitera, by różnice między wartościami ciśnienia i przepływu wynikającymi z przewidywania modelu a wartościami zebranymi w trakcie badań zostały zminimalizowane. Problem optymalizacyjny został rozwiązany z wykorzystaniem odpowiedniego algorytmu genetycznego. Takie podejście pozwala inżynierom podjąć próbę optymalizacji miejsc narażonych na wycieki w ramach niezależnego zadania lub połączenia go z kalibracją modelu hydraulicznego, zależnego od odpowiednio dopasowanych danych, zebranych z funkcjonującego układu. Wyniki ilustrują przydatność modelu optymalizacyjnego w przewidywaniu miejsc narażonych na wycieki. Ustalono, że metoda ta sprawdza się w przypadku zastosowania w warunkach hydraulicznych we wczesnych godzinach porannych, często w sieciach o przekroczonych wartościach oraz w miejscach, w których gradienty hydrauliczne są zmniejszone i rejestratory mogą pracować na granicy dokładności.

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

W pracy zaprezentowana została metoda projektowania systemów dystrybucji wody o konkretnych elementach, takich jak rury, pompy i zbiorniki. Algorytm genetyczny o ustalonym stanie został zastosowany w celu znalezienia rozwiązania dla proponowanego modelu jednokryterialnego. Jako kryterium przyjęto minimalizację kosztów całkowitych, na które składają się również koszty główne i koszty energii. Zaproponowana została nowa metoda wyznaczania pojemności zbiorników, która nie wymaga już dokładnego rozważenia niektórych współczynników funkcjonalnych, takich jak ograniczenia wynikające z maksymalnego i minimalnego poziomu zbiornika. W przeciwieństwie do innych ta metoda ma na celu przeprowadzenie rozszerzonej symulacji dla każdego z próbnych rozwiązań w procesie optymalizacji. Aby zademonstrować skuteczność omawianego modelu, zastosowano go w bardzo dobrze znanym obiekcie, a mianowicie w systemie dystrybucji wody „Anytown”. Stworzone za pomocą tej metody projekty okazały się bardziej ekonomiczne niż te proponowane przez innych naukowców dla podobnych wydajności, lecz wykorzystujących inne modele dobierania wielkości zbiorników.

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