ALGORITMI ŞI PACHET DE PROGRAME PENTRU...

D O C T O R A N D : I N G . D A N I E L C O R N E A C O N D U C A T O R S T I I N T I F I C : P R O F . U N I V . D R . I N G A N T O N A N T O N

ALGORITMI ŞI PACHET DE PROGRAME PENTRU OPTIMIZAREA CONTORIZĂRII DE DISTRICT A REŢELELOR DE DISTRIBUŢIE A APEI

UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI DEPARTAMENTUL DE HIDRAULICA SI PROTECTIA MEDIULUI

BUCUREȘTI - 2015

RECTORAT

Domnului/Doamnei,

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BL'CURESTI TECHNICAL UNIVERSITY OF CIVIL ENGINEERING

OF BUCHAREST Bd. LACUL TEI 124 * Sect. 2 R0-72302 * Bucharest 38 ROMÂl\lA

Tel. :-+40-1-242.12.08, TelJFax:+40-l -242.07 .81

Vă facem cunoscut că în ziua de de 24.07.2015, ora 11:00, în Sala 11- 7, Facultatea de Hidrotehnică din Bdul. Lacul Tei nr. 122-124, sector 2, va avea loc sus/inerea tezei de doctorat cu titlul: „Algoritmi şi pachet de programe pe11tru optimizarea colllorizării de district a reţelelor de distribuţie a apei", elaborată de studentul doctorand ing. DRĂGUŢ (căs. CORNEA) V. Daniel, având conducător de doctorat pe domnul prof univ.dr.ing. Anton ANTON, în domeniul fundamental "Ştiinfe inginereşti ", domeniul de doctorat "Inginerie civilă", cu următoarea componenjă:

Grad didactic, nume, Instituţia

prenume PREŞEDINTE: Prof univ.dr.ing. Ioan Decan - Facultatea de Hidrotehnica, Universitatea

BICA Tehnică de Construcfii Bucureşti.

CONDUCĂTOR Prof univ.dr.ing. Anton Universitatea Tehnică de Construcfii Bucureşti. DE DOCTORAT: ANTON

REFERENŢI Profuniv.dr.ing. Gabriel Universitatea Tehnică de Construcfii Bucureşti. OFICIALI: TATU

Conf.imiv.dr.ing. Carmen Universitatea Politehnica din Bucureşti.

- Sanda GEORGESCU Dr.ing. Victor Director General ROMPROED MOLDOVEANU

Vă trimitem rezumatul tezei de doctorat, cu rugămintea de a ne comunica în scris, în două exemplare, aprecierile şi observa/iile dumneavoastră până la data de 24.07.2015, pe adresa ŞCOALA DOCTORALĂ a Universită/ii Tehnice de Construc/ii Bucureşti, din Bdul Lacul Tei nr. 122 - 124, sector 2, Bucureşti.

Vă invităm cu acest prilej să participafi la sus/inerea publică a tezei de doctorat.

SECRET AR ŞEF UNIVERS IT A TE,

Prnf.un(J: v;;;;,• RECE


I. ELEMENTE INTRODUCTIVE 4

I.1. SCOPUL SI CONTINUTUL TEZEI 4 I.2. RESURESE DE APA SI PIEREDRI IN CONTEXTUL ACTUAL 5 I.3. PROBLEMA PIERDERILOR DE APA DIN RETELELE DE DISTRIBUTIE 6

II. RETELE DE DISTRIBUTIE A APEI. ASPECTE TEORETICE 9 III. PIERDERI DE APA IN RETELELE DE DISTRIBUTIE 10

III.1. SCURT ISTORIC SI PROBLEMATICA RECENTA 10 III.2. ABORDAREA IWA 10 III.2.1 BILANTUL APEI 10 III.2.2 INDICATORI DE PERFORMANTA 11

IV. IMPARTIREA RETELEI IN DISTRICTE 12

IV.1. CRITERII DE STABILIRE A DISTRICTELOR 12 IV.2. METODE DE IMPARTIRE A RETELELOR IN DISTRICTE 13 IV.3. METODOLOGIA DE IMPARTIRE IN DISTRICTE PROPUSA IN TEZA 14

V. PACHETUL DE PROGRAME DMASTER 15

V.1. ALGORITMI PROPRII DEZVOLTATI PENTRU DIVIZAREA RETELELOR IN DISTRICTE 15 V.1.1 ALGORITMUL PENTRU CALCULUL NUMARULUI DE DISTRICTE 15 V.1.2 ALGORITMUL PENTRU IMPARTIREA RETELEI IN ZONE DE DISTRIBUTIE 16 V.1.3 ALGORITMUL PENTRU IMPARTIREA RETELEI IN DISTRICTE 16 V.2. ARHITECTURA PACHETULUI DE PROGRAME 17 V.3. MODULE. DESCRIERE SI FUNCTIONALITATI 17 V.4. MODULUL DE ANALIZA HIDRAULICA 18 V.5. MODULUL DE ANALIZA TEHNICO-ECONOMICA 19 V.6. MODULUL DE ZONARE A RETELEI 20 V.7. TESTAREA PACHETULUI DE PROGRAME 20

VI. STUDIU DE CAZ – APLICAREA PACHETULUI DE PROGRAME REALIZAT PE UN SISTEM REAL DE DISTRIBUTIE 22

VI.1. DESCRIEREA SISTEMULUI DE DISTRIBUȚIE 22 VI.2. METODOLOGIA DE LUCRU 22

VII. CONCLUZII 27

VII.1. CONCLUZII GENERALE 27 VII.2. CONTRIBUTII ORIGINALE 27 VII.3. DIRECTII DE DEZVOLTARE 27

VIII. BIBLIOGRAFIE PARTIALA 28

- 3 -


I. ELEMENTE INTRODUCTIVE

I.1. SCOPUL SI CONTINUTUL TEZEI Pierderile de apa constituie o latura importanta in procesul de gestionare

operationala a sistemelor de distributie, acest aspect provocand perturbari ale functionarii sistemelor la parametrii proiectati si prejudicii economice considerabile la nivelul operatorilor acestor sisteme.

Reducerea pierderilor de apa a devenit, in ultimii ani, un obiectiv caruia i se acorda un interes sporit la nivel national si deopotriva international.

Una din tehnicile relevante de reducere a pierderilor, desprinsa din experienta practica dobandita in urma intreprinderii actiunilor de eficientizare a sistemelor de distributie a apei, consta in divizarea retelei in zone de dimensiuni reduse (tehnica numita uzual contorizare de district) ce permit un control ridicat al debitelor de apa vehiculate si in consecinta a pierderilor de apa.

Pornind de la aceste premise coroborate cu maniera empirica in care se intocmesc, in prezent, planurile de contorizare de district si cu disponibilitatea unor instrumente de analiza (precum modelarea hidraulica a retelelor de distributie) si de automatizare si conditionare a procedurilor de proiectare respectiv reprezentare grafica (precum programele de tip CAD ce pun la dispozitia utilizatorului si limbaje de programare integrate pentru particularizarea manierei de lucru) s-a desprins, ca si ipoteza de cercetare, necesitatea unei metodologii coerente dedicata intocmirii planurilor de contorizare de district bazata pe criterii economice si tehnice bine definite.

De asemenea, pe langa aceste aspecte, s-a considerat posibila si oportuna implementarea acestei metodologii in cadrul unui pachet de programe cu scopul de a facilita aplicarea sa indiferent de particularitatile retelei studiate.

Prezenta lucrare are ca si obiective principale urmatoarele: - dezvoltarea unei metodologii pentru intocmirea unui plan coerent de

contorizare de district, metodologie care sa poata fi aplicata pentru orice tip de retea de distributie a apei, indiferent daca aceasta este una simpla, sau dimpotriva, una complexa;

- dezvoltarea unei serii de algoritmi care sa faciliteze aplicarea metodologiei mentionate anterior;

- implementarea algoritmilor intr-un pachet de programe; - validarea algoritmilor dezvoltati prin aplicarea acestora intr-un studiu de caz

efectuat pentru o retea de distributie existenta. Ideile de baza implicate in dezvoltarea metodologiei amintite sunt, in caracteristicile

cele mai generale, urmatoarele: - un district reprezinta un subsistem caruia ii corespunde o zona a retelei de

distributie, ce poate fi izolata din punct de vedere hidraulic, ce are ca scop evaluarea volumului pierderilor de apa inregistrat in cadrul limitelor acestuia;

- o retea de distributie poate fi impartita intr-un numar mai mare sau mai mic de districte;

- numarul de districte este influentat de dimensiunea retelei, de criteriile generale folosite in practica pentru stabilirea unui district si de posibilitatea recuperarii costurilor, implicate in implementarea unui astfel de district, prin reducerea pierderilor de apa.

In linii mari, secventele rationamentului sunt urmatoarele: - punctul de plecare este un model coerent si calibrat al retelei de distributie;

- 4 -


- din informatiile furnizate de studiul modelului sunt extrase cele care

definesc reteaua de distributie din punct de vedere al dimensiunii si structurii acesteia;

- se determina o serie de indicatori de performanta ai retelei prin intocmirea unui bilant al apei;

- prin raportarea acestor indicatori la o perioada de timp aleasa pentru recuperarea investitiilor propuse in scopul limitarii pierderilor de apa si a costurilor de implementare aferente unui district se obtine un numar maxim de districte sustenabil din punct de vedere economic;

- acest numar se coreleaza cu aspecte ce tin seama de dimensiunile retelei de distributie respectiv de numarul si ponderea surselor de alimentare ale retelei;

- se imparte reteaua de distributie in zone de alimentare aferente surselor de apa;

- se imparte fiecare dintre aceste zone intr-un numar de districte determinat de ponderea debitului furnizat de sursa in retea.

Ca si structura, teza este organizata pe sase capitole la care se adauga un capitol de bibliogarafie consultata pe parcursul desfasurarii tezei.

Primul capitol prezinta cateva elemente introductive menite sa amplaseze subiectul tezei in contextul actual al domeniului studiat.

Capitolul al doilea rezuma cele mai relevante aspecte teoretice intalnite in studiul retelelor de distributie a apei, cu accent pe partea de calcul al retelelor. Tot aici se realizeaza o scurta trecere in revista a programelor de calcul relevante in domeniul retelelor de distribuitie.

Pentru a intelege cat mai bine cadrul problemei, in capitolul trei, este prezentata o sinteza cuprinzatoare a problemei pierderilor de apa si a abordarii acesteia la nivel international.

In capitolul patru este prezentata contorizarea de district ca solutie in controlul pierderilor de apa, evidentiind aspectele teoretice si diferitele abordari ale acestei metode la nivel international. Ultima parte a capitolului este prezentata descrierii metodologiei propuse in cadrul prezentei teze de doctorat.

Capitolul cinci trateaza, in prima faza, o serie de aspecte teoretice legate de studiul si utilizarea algoritmilor, prezentand algoritmii dezvoltati pentru impartirea retelei in districte iar in cea de a doua faza este descris pachetul de programe creat pentru impartirea automata a retelei dupa metodologia propusa.

Pentru a valida metodologia si algoritmii dezvoltati , in capitolul sase, este prezentat un studiu de caz realizat pe o retea de distribuitie existenta, studiu pentru care a fost utilizat pachetul de programe dezvoltat.

Concluziile ce se desprind in urma realizarii prezentei teze sunt enuntate in capitolul sapte.

I.2. RESURESE DE APA SI PIEREDRI IN CONTEXTUL ACTUAL In rapoartele organizatiilor interguvernamentale si neguvernamentale internationale

sunt prezentate date alarmante privind resursele de apa si utilizarea acestora, date ce impun intensificarea eforturilor de constientizare a problemei si recomanda actiuni menite sa conduca la utilizarea judicioasa a resurselor de apa.

Aproape fiecare continent si aproximativ 40% din populatia planetei este afectata, intr-o masura mai mare sau mai mica, de problema resurselor insuficiente de apa. Se

- 5 -

ALGORITMI ŞI PACHET DE PROGRAME PENTRU OPTIMIZAREA CONTORIZĂRII DE DISTRICT A REŢELELOR DE DISTRIBUŢIE A APEI estimeaza ca pana in 2025, 1.8 miliarde de persoane vor locui in regiuni cu deficit sever de apa iar doua treimi din populatie ar putea fi afectata de lipsa apei (FAO 2011).

In acest context, se impune un management atent al resurselor de apa in toate domeniile, dar mai ales in cel al alimentarii cu apa.

In timp sistemele de distributie se deterioreaza si devin predispuse la avarii ce produc pierderi de apa, pierderi ce pot deveni insemnate avand in vedere dimensiunile acestor sisteme.

Pierderile din sistemele de alimentare cu apa constituie o problema ce afecteaza fiecare companie de distributie a apei si care nu poate fi ignorata, deoarece pierderile nu inseamna doar risipa resurselor de apa potabila ci si consumuri energetice nejustificate si pierderi financiare semnificative.

Reţeaua de distribuţie este ultima si cea mai ampla componenta a sistemului de alimentare cu apa, pe fluxul tehnologic. Ea reprezinta ansamblul de instalaţii, echipamente şi accesorii prin care apa este transportată de la rezervoare sau de la staţiile de pompare la consumatori în cantitatea, la calitatea şi la presiunea convenite cu acesta.

Datorita dimensiunii acesteia reteaua de distributie este componenta sistemului de alimentare prin care se pierd cele mai importante volume de apa.

Solutia limitarii pierderilor din reteaua de distributie este o abordare activa cu scopul detectarii si remedierii avariilor intr-un interval cat mai scurt de timp.

Cea mai importanta strategie menita limitarii pierderilor este implementarea unui sistem de monitorizare permanenta a debitelor vehiculate prin retea; acest sistem presupune divizarea retelei in zone, limitate ca suprafata si numar de consumatori, in care sunt instalate contoare de debit. Prin monitorizarea debitelor inregistrate de aceste contoare se pot identifica zonele din retea in care exista pierderi de apa si in care se impun actiuni de detectie a acestora.

Aceasta abordare, cunoscuta ca si contorizare de district, impreuna cu alte tehnici face parte dintr-o strategie complexa de limitare a pierderilor de apa, strategie dezvoltata de IWA – Asociatia Internationala a Apei, unul din cei mai importanti factori implicati in eforturile de constientizare si limitare a efectelor pierderilor de apa din sistemele de alimentare.

Avand in vedere ca, in prezent, contorizarea de district este o solutie aplicata de catre specialisti in mod euristic, fara a avea o metodologie bine definita, am considerat necesara dezvoltarea unei asemenea metodologii.

Prezenta lucrare este dedicata studiului si imbunatatirii modalitatii de aplicare a acestei tehnici prin dezvoltarea si implementarea intr-un pachet de programe unei metodologii de calcul si a unor algoritmi de impartire a retelei de distributie in districte.

I.3. PROBLEMA PIERDERILOR DE APA DIN RETELELE DE DISTRIBUTIE Aspectele legate de diminuarea resurselor de apa, aspectele economice, ambientale

dar si cele legate de protectia mediului fac ca problema pierderilor de apa, din retelele de distribuite, sa fie una cat se poate de importanta si actuala.

Dupa cum am aratat anterior, resursele de apa sunt in scadere, ele fiind afectate de schimbarile climatice, de cresterea demografica, de poluare si de utilizarea iresponsabila.

Un raport al Programului Organizatiei Natiunilor Unite pentru Mediu arata ca, la nivel global, consumul de apa a crescut de sase ori intre anii 1900 si 1995 si ca aproximativ o treime din populatia planetei traieste in regiuni in care exista un „stres hidric”, regiunile cele mai afectate fiind Africa si partea de vest a Asiei.

Orice companie care are ca obiect de activitate furnizarea de servicii de distributie a apei are interesul de a elimina pierderile de apa din retelele sale de distributie, deoarece aceste pierderi inseamna risipirea resurselor economice si are efecte negative asupra - 6 -


sistemului de alimentare cu apa. Pierderile de apa cresc costurile de productie si distributie ale apei si maresc capacitatea necesara de sisteme stocare si tratare a apei, si deasemenea duc la o crestere a diametrelor conductelor din reteaua de distributie.

Astfel, pierderile de apa au un efect negativ asupra functionarii corecte a retelei in conditii de furnizare continua si de garantare a calitatii apei furnizate, atata timp cat prezenta defectiunilor poate duce la aparitia unor caderi de presiune sau infiltratii de substante contaminante in exterior.

Toate aceste motive sunt suficiente pentru o abordare serioasa a problemei, abordare care a inceput si este in plina desfasurare la nivel international.

Figura 1. Estimarea evolutiei „stresului hidric” (conform WMO – Organizatia

Meteorologica Mondiala, 1996) În ultimii ani, Water Loss Task Force (WLTF), un grup de specialisti din cadrul

IWA (International Water Association – Asociatia Internationala a Apei) dezvolta şi promoveaza noi concepte şi metodologii care pot ajuta companiile de apă in reducerea pierderilor de apă în mod eficient.

O parte a eforturilor WLTF este organizarea de conferinţe de specialitate, şi anume "Leakage 2005", un eveniment care a avut loc la Halifax, Canada in septembrie 2005 iar la doi ani de la acea conferinta, in 2007, a avut loc la Bucuresti conferinta: "Water Loss 2007", în cadrul careia au fost prezentate aproximativ 90 lucrări ale unor specialisti din intreaga lume.

Succesul acelor conferinte a facut ca numarul acestor evenimente sa creasca iar pe langa conferintele la nivel global, care au fost organizate la intervale regulate, cea mai recenta fiind „Water Loss 2012” desfasurata la Manila, Filipine, au fost propuse cu succes

- 7 -

ALGORITMI ŞI PACHET DE PROGRAME PENTRU OPTIMIZAREA CONTORIZĂRII DE DISTRICT A REŢELELOR DE DISTRIBUŢIE A APEI si conferinte regionale precum cea la nivel european „Water Loss Europe 2012” din Ferrara, Italia.

Reducerea pierderilor de apa din retelele de distributie implica, in primul rand, detectia si localizarea avariilor care produc aceste pierderi iar, mai apoi, remedierea cat mai rapida a avariilor.

Daca la partea de remediere a avariilor procedurile sunt destul de clare, nu acelasi lucru se poate spune in ceea ce priveste partea de detectie si localizare.

In primul rand, operatorul are posibilitatea de a alege intre doua tipuri de abordari: - abordare pasiva, in care acesta reactioneaza la avarii semnalate de persoane

din afara companiei (de exemplu clienti care reclama parametrii necorespunzatori ai apei sau avarii ce se manifesta in mod evident) sau de catre angajati din cadrul companiei care nu au rol in detectia si localizarea avariilor;

- abordare activa, in care operatorul desfasoara activitati de detectie si localizare a avariilor prin diferite metode.

In cadrul unei abordari active a controlului pierderilor de apa, una din metodele de detectie si localizare utilizata in mod frecvent este impartirea retelei in districte contorizate permanent si monitorizarea debitelor intrate si iesite din districte (contorizarea de district) pentru a detecta pierderile de apa si a localiza zonele in care exista avarii.

- 8 -


II. RETELE DE DISTRIBUTIE A APEI. ASPECTE TEORETICE

Retelele de distributie sunt alcatuite dintr-un ansamblu de instalatii, echipamente si accesorii care au ca scop transportul apei de la statiile de pompare sau rezervoare la consumatori, si reprezinta ultima componeta a sistemului de alimentare cu apa, pe debitul tehnologic.

Reteaua de distributie trebuie sa asigure consumatorului alimentarea cu apa la parametrii conveniti cu acesta. Astfel, o retea de alimentare cu apa va asigura consumatorului apa in cantitatea, la calitatea si presiunea stabilita cu acesta. Din punct de vedere al cantitatii si presiunii apei livrate se urmaresc satisfacerea a doi parametrii: debitul orar maxim si presiunea minima de serviciu, in cazul fiecarui consumator.

Ca si alcatuire, o retea de distributie a apei este compusa din: - Conducte pentru transportul apei; - Elemente auxiliare plasate pe traseul conductelor: statii de pompare,

rezervoare de pompare, sisteme de dezinfectare a apei, subtraversari, camine etc.;

- Elemente de preluare a apei din retea: hidranti exterior, cismele, fantani publice pentru baut apa.

O caracteristica speciala a retelelor cu apa este aceea ca reteaua este obiectivul cel mai costisitor al sistemului de alimentare cu apa datorita lungimii, costurilor lucrarilor de interventii, dar si a pierderilor mari de apa care pot interveni pe parcursul retelei (aceste pierderi pot atinge si chiar depasi 50% din apa intrata in retea).

Deoarece reţeaua de distribuţie constituie componenta finală a sistemului de alimentare cu apă, aceasta prezintă şi câteva caracteristici speciale, şi anume:

- prin lungimea mare, modul de execuţie (sub partea carosabilă a strazilor – de obicei) şi materialele cerute este de regulă (pentru localităţi) partea cea mai costisitoare din punct de vedere economic; sunt situaţii când costul lucrărilor poate atinge 60% din costul total al sistemului de alimentare cu apă;

- este obiectul cel mai costisitor datorită lungimii, costurilor lucrărilor de intervenţii, dar şi a pierderilor mari de apă pe care le poate realiza (8…50%);

este elementul cel mai dinamic al sistemului de alimentare cu apă. Din punct de vedere fizic, reteaua de distributie se dezvoltă concomitent cu dezvoltarea localităţii pe suprafaţă şi în înălţime. Din punct de vedere al curgerii este obiectul care suportă cele mai mari fluctuaţii de debite şi presiune; variaţia debitului poate fi de ordinul 1…25 între Qomin şi Qomax pe ansamblul localităţii şi mult mai mare pe conductele pozate pe străzile marginale ale reţelei, iar presiunea în reţea poate varia de la o oră la alta între 7m coloana de apă (după normativele româneşti cea mai mică presiune în reţea – în caz de incendii) şi 60 m coloană de apă – presiunea maximă admisă în reţea pentru a proteja robinetele de pe instalaţiile interioare;

Din punct de vedere al amplasarii conductele sunt amplasate sub carosabil, deci suportă sarcina din trafic (0-10 tf/roată) – suportă influenţa altor reţele subterane sau le influenţează.

- împreună cu rezervorul de înmagazinare realizează o siguranţă sporită în funcţionarea sistemului;

- este elementul de legatură cu consumatorul.

- 9 -


III. PIERDERI DE APA IN RETELELE DE DISTRIBUTIE

III.1. SCURT ISTORIC SI PROBLEMATICA RECENTA Este evident că apa este o resursă limitată, în multe părţi ale lumii, o situaţie care a

subliniat, printre altele, necesitatea de a reduce pierderile de apă, de la rețelele de distribuție a apei, la niveluri care sunt considerate acceptabile din punct de vedere economic.

Managementul pierderilor de apă are o importanţă fundamentală pentru îmbunătăţirea eficienţei multor reţele de apă din lume, pentru a asigura dezvoltarea mediului şi societății pe termen lung.

Lupta pentru reducerea şi controlul pierderilor nu este niciodată încheiată, dar din fericire, pentru companiile de apă de astăzi, au fost dezvoltate o serie echipamente şi tehnici pentru a ajuta în abordarea celor patru activităţi de bază ale managementului pierderilor de apa, si anume:

- Managementul Presiunii; - Controlul Activ al Pierderilor; - Gestionarea Activelor; - Rapiditatea si calitatea reparațiilor.

Reducerea pierderilor de apă, prin intermediul unui controlul al avariilor este o operațiune vitală, multe companii de apă dezvoltatand propriile strategii pentru a reduce pierderile la un nivel economic acceptabil.

III.2. ABORDAREA IWA Pentru a putea combate pierderile de apa, trebuie mai intai sa cunoastem natura si

cauzele lor. Numai prin cuantificarea NRW şi a componentelor sale, calculul indicatorilor de

performanţă, şi transpunerea volumelor de apă pierdute în valori monetare, situaţia poate fi corect înţeleasă acţiuni întreprinse.

Astfel, IWA prin grupul sau de specialisti dedicat pierderilor de apa WLTF, a introdus notiunea de management al pierderilor de apa. In cadrul acestei proceduri primul pas este intocmirea unui "Bilant al apei", aceasta procedura fiind un instrument puternic in cadrul procedurii de reducere a pierderilor de apa.

III.2.1 BILANTUL APEI Un bilant al apei este o examinare aprofundată a preciziei înregistrărilor şi

echipamentelor de control ale sistemului de alimentare cu apa. Acesta se foloseste pentru a stabili eficienţa sistemului de distribuţie a apei. Obiectivul general este de a identifica, cuantifica, şi a verifica existenta pierderilor de apa si a pierderilor financiare. Acest lucru permite companiei de apa alegerea si punerea în aplicare a programelor pentru reducere pierderilor de apă şi a celor financiare. Aceste bilanturi trebuie efectuate în fiecare an pentru a actualiza rezultatele auditurilor anterioare.

Prin acest instrument specialistii din domeniu si managerii companiilor de apa pot realiza magnitudinea, sursele, precum şi costurile generate de NRW. International Water Association (IWA) a elaborat un standard internaţional pentru realizare bilantului apei, care stabileste structura şi terminologia utilizata, standard care a fost adoptat de către asociaţiile naţionale din domeniul apei în multe ţări din lumea intreaga.

- 10 -


Figura 2. Bilantul Apei

III.2.2 INDICATORI DE PERFORMANTA Orice indicator de performanta este un instrument menit sa furnizeze informatii

despre masura in care rezultatele obtinute ating obiective stabilite. In cazul sistemelor de alimentare cu apa, indicatorii de performanta, masoara

eficienta acestora si sunt rezultatul unor operatii aplicate diferitelor variabile monitorizate in mod constant.

IWA a stabilit un numar de 170 de indicatori de performanta, calculati pe baza a 232 de variabile, prin care sistemul de distributie poate fi evaluat (Alegre et al, 2006).

- 11 -


IV. IMPARTIREA RETELEI IN DISTRICTE Un sistem de masurare a debitelor unui sistem de alimentare cu apa trebuie sa

includa, pe langa masurarea debitelor totale de la sursa sau statia de tratare, si o masurarea a debitelor zonale pe districte. Astfel functionarea sistemului poate fi inteleasa mult mai bine daca acesta e impartit in zone mai mici, si deasemenea se pot estima mult mai precis atat pierderile de apa din sistem cat si cererea de apa.

În consecinta, sistemul de masurare a debitelor, trebuie sa aiba o ierarhizare pe nivele, pornind de la zona de productie a apei, trecand prin zone de distributie, districte si sfarsind la nivelul consumatorului final (contorul de bransament).

Sistemul de masurare este alcatuit din: - Monitorizarea apei la iesirea din statia de pompare sau tratare;

- Monitorizarea debitului in zone de distributie, determinate de factori geografici sau hidraulici, de obicei zone care cuprind intre 10.000 si 50.000 de proprietati;

- Monitorizarea debitului in districte, care, de obicei, cuprind pana la 3.000 de proprietati, si care au vane de delimitare inchise in permanenta;

- Detectarea avariilor in zone mici din cadrul districtelor, zone ce cuprind intre 500 si 1.000 de bransamente si in care vanele de delimitare raman deschise intotdeauna cu exceptia perioadelor in care se fac localizari de avarii;

- Contorizarea individuala la nivel de consumatori, atat casnici cat si industriali.

Factorii cheie pentru buna proiectare a unui district (conform Water Loss Task Force, 2004) sunt:

- variatia minima a cotei terenului pe suprafata districtului,

- limite solide si usor de identificat,

- contori de district corect dimensionati si pozitionati,

- un singur punct de intrare in district,

- limite discrete ale districtului,

- presiune optimizata pentru a mentine standardele serviciilor consumatorilor,

- gradul de dificultate a reparatiilor in zona urbana.

IV.1. CRITERII DE STABILIRE A DISTRICTELOR Proiectarea districtelor este un proces foarte subiectiv, şi este puţin probabil ca doi

specialiști lucrând la aceeaşi reţea să realizeze acelaşi modelde zonare a rețelei. De obicei, se utilizează un set de criterii pentru a crea un design preliminar de zonare care trebuie să fie testat pe rețeaua reală sau folosind un model de reţea.

Aceste criterii includ: - Dimensiunea districtului (de exemplu, numărul de branșamente, în general, între

1000 şi 2500)

- 12 -


- Numărul de vane, care trebuie să fie închise pentru a izola districtul

- Numărul de debitmetre necesare pentru a măsura debitul intrărilor şi ieşirilor

- Variaţiile de nivel şi, astfel, de presiune în district

- Caracteristici topografice uşor vizibile care pot servi ca limitele de district, cum ar fi râurile, canale de drenaj, căi ferate, drumuri, etc.

Pentru a împărți un sistem deschis mare într-o serie de districte, este esenţial să se închidă vane pentru a izola o anumită zonă şi pentru a instala debitmetre. Acest proces poate afecta presiunea din sistem, atât în interiorul districtului vizat, precum şi zonele învecinate. Compania de apă, prin urmare, trebuie să se asigure că aprovizionarea cu apă a tuturor clienţilor nu este compromisă.

Folosind un model de reţea calibrat hidraulic al sistemului de alimentare cu apă pentru a simula posibile scheme de contorizare de district se va permite analiza presiunii din sistem şi a debitelor de alimentare, fără a afecta clienţii. Multe companii de distribuție a apei nu au modele hidraulice calibrate ale reţelei. Decât să aştepte să fie dezvoltat un model, lucru care poate dura până la un an sau mai mult, companiile de apă ar trebui să înceapă implementarea de districte din reţea care pot fi uşor de izolate.

IV.2. METODE DE IMPARTIRE A RETELELOR IN DISTRICTE Pe plan internațional, subiectul împărțirii rețelelor în districte, a făcut obiectul unui

interes crescut mai ales în ultimii ani. Dezvoltarea laturii științifice a problemei sectorizării s-a produs, în mod

semnificativ, în ultimii 15 ani, cele mai notabile contribuții fiind date de: - Tzatckov et al. (2006), care au aplicat aspecte legate de teoria grafurilor ăn

procesul de împărțire a rețelelor în districte; - Hunaidi și Brothers (2007), care au abordat subiectul dimensiunii optime a

districtelor ținând cont de aspecte economice și de diferite criterii implicate; - Izquierdo et al. (2008 și 2009), care au propus o abordare bazată pe atribuirea unui

grad de importanță fiecărei conducte a rețelei și sectorizarea acesteia funcție de acest grad de importanță;

- Hererra (2011), care, în teza sa de doctorat, propune sectorizarea rețelei în "aglomerări de alimentare" produse prin aplicarea unor metode de învățare automată (machine learning). Pentru realizarea sectorizării acesta definește rețeaua ca fiind un graf după care aplică metodele menționate.

- Di Nardo et al. (2011, 2012, 2013 și 2014), care au propus, de asemenea, o abordare bazată pe teoria grafurilor pentru sectorizarea rețelelor, abordare redată într-o serie de articole publicare în cadrul conferintelor și jurnalelor științifice reprezentative. De notat faptul că în anul 2013 autorii au propus o metodologie de impărțire în districte bazată pe ideile publicate;

- Campbell et al. (2014), care au propus o metodologie de sectorizare bazată pe un algoritm de propagare a "etichetelor". Această metodologie presupune împărțirea rețelei plecând de la un număr necunoscut de sectoare prin atribuirea unor "etichete" pentru fiecare nod al retelei. Cu fiecare iterație a algoritmului nodurile își schimbă eticheta, în funcție de eticheta predominantă în rândul nodurilor vecine, astfel formând "comunități de noduri" ce se pot constitui în districte.

- 13 -

ALGORITMI ŞI PACHET DE PROGRAME PENTRU OPTIMIZAREA CONTORIZĂRII DE DISTRICT A REŢELELOR DE DISTRIBUŢIE A APEI IV.3. METODOLOGIA DE IMPARTIRE IN DISTRICTE PROPUSA IN TEZA

Metodologia, propusa in prezenta teza, inglobeaza atat aspecte economice cat si tehnice si abordeaza ambele componente ale contorizarii de district si anume atat partea de stabilire a numarului si dimensiunii districtelor cat si partea de impartire propriu-zisa a retelei in numarul de districte stabilit prin alocarea nodurilor si arterelor catre districtele corespunzatoare.

Pornind de la ideea ca orice pierdere de apa se poate transpune intr-o pierdere financiara si ca volumul de apa ce poate fi salvat reprezinta un castig financiar, am propus adoptarea unei strategii de reducere a pierderilor de apa prin implementarea unui plan de contorizare de district finantat din insumarea beneficiilor financiare produse prin prevenirea pierderii unor volume de apa pentru o perioada de timp definita (am considerat o perioada de cinci ani ca fiind un termen rezonabil pentru recuperarea investitiei in contorizarea de district a retelei) .

In acest mod va rezulta un numar maxim de districte ce vor putea fi sustenabile din punct de vedere economic.

Analizand infrastructura si modul de functionare al retelei cu ajutorul datelor furnizate de un model hidraulic si tinand cont de regulile de bune practici, stabilite pentru dimensionarea districtelor, vor rezulta un numar de district standard necesar pentru a imparti reteaua de distributie.

Intre aceste doua numere rezultate se face o corelare pentru a stabili numarul final de districte in care va fi impartita reteaua.

Aplicand o serie de algoritmi si proceduri inglobate intr-un pachet de programe, dezvoltat pentru a automatiza implementarea acestei metodologii, reteaua de distributie va fi impartita in numarul final de districte stabilit anterior.

- 14 -


V. PACHETUL DE PROGRAME DMASTER

V.1. ALGORITMI PROPRII DEZVOLTATI PENTRU DIVIZAREA RETELELOR IN DISTRICTE

V.1.1 ALGORITMUL PENTRU CALCULUL NUMARULUI DE DISTRICTE Primul pas in realizarea unor planuri de contorizare de district este stabilirea

numarului de districte in care va fi impartit reteaua de distributie. Dupa cum am aratat in capitolele anterioare proiectarea districtelor este un proces

foarte subiectiv, si este putin probabil ca doi specialiști lucrând la aceeasi retea sa realizeze acelasi model de zonare a rețelei. De obicei, se utilizeaza un set de criterii pentru a crea un design preliminar de zonare care trebuie sa fie testat pe rețeaua reala.

Tocmai pentru a inlatura problema subiectivismului si a modului empiric de intocmire a planurilor de districtizare, am dezvoltat un algoritm pentru calculul unui numar optim de districte. Optim, atat din punct de vedere economic cat si tehnic. De asemenea acest algoritm ofera rezultate in functie de specificul fiecarei retele de distributie.

Acest algoritm utilizeaza ca date de intrare, o serie de parametri si indicatori de performanta, ai retelei de distributie, furnizati in urma intocmirii unui bilant al apei.

Succesiunea de pasi care formeaza acest algoritm este relativ simpla, si anume: - Pasul 1, se calculeaza volumul anual al pierderilor minime realizabile, altfel

spus nivelul anual al pierderilor inevitabile; - Pasul 2 , se calculeaza volumul anual al pierderilor recuperabile; - Pasul 3, se obtine costul pierderilor anuale, coreland costurile de productie

si distributie a apei cu volumul pierderilor anuale recuperabile; - Pasul 4, considerand un termen scurt al recuperarii investitiilor aplicat la

costul pierderilor anuale, va rezulta nivelul optim al investitiilor pe termen scurt;

- Pasul 5, se calculeaza numarul optim de districte raportand costurile de implementare ale unui district la nivelul optim al investitiilor pe termen scurt.

Algoritm pentru calculul numarului de districte

Index de Pierderi al Infrastructurii (IPI)

Volumul Anual al Pierderilor Reale (VAPR)

Pierderile Reale Anuale Minime Realizabile

(PRAMR)/=

Pierderile Anuale Recuperabile

(PAR)

Volumul Anual al Pierderilor Reale (VAPR)

Pierderile Reale Anuale Minime Realizabile

(PRAMR)- =

Pierderile Anuale Recuperabile

(PAR)Costul pierderilor anualeCostul de productie si

distributie al apeix =

Costul pierderilor anualeNivelul optim al

investitiilor pe termen scurt

Reducerea pierderilor pe termen scurt

(5 ani)x =

Nivelul optim al investitiilor pe termen

scurt

Numarul optim de districte

Costul de implementare pe district/ =

Figura 3. Structura algoritmului de calcul al numarului optim de districte

- 15 -

ALGORITMI ŞI PACHET DE PROGRAME PENTRU OPTIMIZAREA CONTORIZĂRII DE DISTRICT A REŢELELOR DE DISTRIBUŢIE A APEI V.1.2 ALGORITMUL PENTRU IMPARTIREA RETELEI IN ZONE DE

DISTRIBUTIE Primul algoritm implicat in operatia de intocmire a planurilor de contorizare de

district este o succesiune de secvente menita sa imparta reteaua in zone de distributie, zone in care fiecare nod al retelei este deservit, de obicei, de o sursa.

Algoritmul dezvoltat presupune urmatoarea succesiune de secvente: - Identificarea si analiza surselor de apa (rezervoare, statii de pompare).

Acestea vor servi ca punte de contorizare la intrarea apei in retea; - Analiza surse disponibile-numar optim de districte. Altfel spus se face o

compratie intre numarul de surse din retea si numarul optim de districte calculat anterior. Deasemenea, tot aici, se calculeaza si ponderea fiecarei surse in retaua de distributie.

- Stabilirea numarului de zone de distributie. In urma analizei de la secventa anterioara rezulta un numar de zone. Astfel daca numarul surselor este mai mic decat numarul optim de districte, inseamna ca una sau maimulte zone fi impartite in mai multe districte. Daca numarul surselor este egal cu cel al optim al districtelor, inseamna ca fiecare zona coincide cu un district, dar doar in cazul in care zonele au o dimensiune (d.p.d.v. al bransamentelor) acceptabila. Ultima varianta este cea in care numarul de surse este mai mare decat numarul optim de districte, caz in care unui district ii pot corespunde mai multe surse, si numarul zonelor este egal cu cel al districtelor.

- Delimitarea zonelor. Este operatiunea in care se atribuie zonelor, nodurile si conductele aferente acesteia. Acest lucru se face in functie de sursa de la care sunt alimentate nodurile.

- Analiza nodurilor si conductelor de frontiera. Este ultimul pas al algoritmului de zonare si consta in stabilirea conductelor pe care se monteaza vane de izolare sau contoare la iesirea din zona. Acest lucru se face tinand cont de oportunitatea montarii de vane sau de contoare, oportunitate constatata din analiza presiunilor la nodurile de frontiera dintre zonele invecinate.

Identificarea si analiza surselor

Analiza comparativa numar surse – numar optim districate

Stabilirea numarului de zone de distributie

Delimitarea zonelor

Analiza nodurilor si conductelor de frontiera

Figura 4. Algoritmul divizare a retelei in zone de distributie

V.1.3 ALGORITMUL PENTRU IMPARTIREA RETELEI IN DISTRICTE Cel de al doilea algoritm implicat, realizeaza impartirea zonelor stabilite anterior in

numarul optim de districte calculat. Impartirea zonelor in districte se face urmand etapele urmatoare:

- 16 -


- Corelarea numarului de noduri cu cel de bransamente. Acest lucru se face

prin analiza numarului si naturii nodurilor din zona ce urmeaza a fi impartita in districte si prin analiza ponderii zonei respective in reteaua de distributie.

- Stabilirea numarului de districte. In urma analizei anterioare rezulta dimensiunea unui district si astfel numarul de districte necesar unei zone.

- Delimitarea districtelor. Este operatiunea in care se atribuie districtelor, nodurile si conductele aferente acesteora. Acest lucru se face plecand de la sursa/sursele aferente zonei, parcurgand si impartind reteaua de fiecare data cand conditiile stabilirii unui district au fost indeplinite.

- Analiza nodurilor si conductelor de frontiera. Acest ultim pas este identic cu cel de la algoritmul de zonare si consta in stabilirea conductelor pe care se monteaza vane de izolare sau contoare la iesirea din zona. Acest lucru se face tinand cont de oportunitatea montarii de vane sau de contoare, oportunitate constatata din analiza presiunilor la nodurile de frontiera dintre zonele invecinate.

Corelarea noduri-bransamente

Stabilirea numarului de districte pentru fiecare zona

Delimitarea districtelor

Analiza nodurilor si conductelor de frontiera

Delimitarea zonelor

Figura 5. Algoritmul de divizare a retelei in districte

V.2. ARHITECTURA PACHETULUI DE PROGRAME Pachetul de programe DMAster (denumirea provine de la conceptul de contorizare

de district - DMA) este o colecţie de rutine destinate facilitării întocmirii planurilor de districtizare ale reţelelor de distribuţie a apei prin automatizarea procesului de districtizare, totodată ţinând cont şi de aspectele economice implicate.

DMAster este dezvoltat cu ajutorul limbajului de programare AutoLISP şi care poate fi rulat în AutoCAD sub forma de comenzi suplimentare.

V.3. MODULE. DESCRIERE SI FUNCTIONALITATI Functionare programului presupune urmatoarele:

- Analizarea retelei din punct de vedere hidraulic. Se realizeaza cu ajutorul primului modul, care acceseaza, analizeaza si sistematizeaza date, furnizate de programul de modelare hidraulica RET&LOB, in vederea pregatirii fisierelor necesare modulelor urmatoare.

- Realizarea unei analize din punct de vedere tehnic si economic a retelei supuse zonarii. Acest lucru se face cu ajutorul modului doi, prin colectarea de date, de la utilizator, si prin utilizarea de date furnizate de modulul de analiza hidraulica. Aceste date vor fi prelucrate, cu ajutorul unui algoritm, pentru a furniza o serie de indicatori de performanta ai retelei si, de

- 17 -


asemenea, o serie de informatii de natura tehnico-economica necesare modulului urmator.

- Intocmirea unui plan de zonare a retelei. Modulul al treilea va produce un plan de intocmire a retelei, cu ajutorul unui algoritm care utilizeaza datele furnizate de primele doua module (parametrii hidraulici, indicatori de performanta, informatii tehnico-economice).

Date tehnico-economice

Date RET

Achizitie

Analiza

Sortare

Sistematizare date

Achizitie

Analiza

Algoritm

Indicatori de performanta

Informatii tehnico-economice

Numar districte

Algoritm

Plan zone

Plan districte

Figura 6. Schema de functionarea programului

V.4. MODULUL DE ANALIZA HIDRAULICA Primul modul, cel de analiza hidraulica, se bazeaza pe programul de modelare

hidraulica RET&LOB, utilizand date furnizate de acesta pentru a furniza o imagine de ansamblu a retelei.

Aceasta imagine va fi folosita mai departe de urmatorul modul pentru a stabili numarul optim de districte in care va fi impartit reteaua de distributie.

RET&LOB

Date INTRARE

*.DAT

Date IESIRE

*.REZ*.TAB

Modul analiza hidraulica

Date INTRARE

*.DAT*.REZ*.TAB

Date IESIRE

*.TOP*.ANT*.ANH

Figura 7. Schema modulului de analiza hidraulica Modulul de analiza hidaulica foloseste ca atat datele de intrare cat si datele de iesire

furnizate de pachetul de programe RET&LOB, pentru a realiza analiza si sistematizarea datelor de iesire necesare pentru celelalte doua module.

Dupa achizitia datelor din fisierele mentionate anterior urmeaza procesele de analiza si sortarea ale acestora. Astfel acestea vor fi sistematizate in mai multe tipuri de fisiere si vor servi ca date de intrare pentru modulele urmatoare.

Modulul de analiză hidraulică, este partea din pachetul de programe care, pe baza unui model hidraulic existent, întocmit cu ajutorul programului de modelare hidraulica RET&LOB, furnizează o imagine de ansamblu a reţelei şi date de intrare necesare procesului de districtizare.

- 18 -


Aceste informaţii vor fi folosite, mai departe, pentru a stabili numărul optim de

districte în care va fi împărţit reţeaua de distribuţie. Modulul poate fi accesat prin butonul “Fişiere” aflat pe bara dedicată pachetului

DMAster din spaţiul de lucru al AutoCAD. Prin accesarea butonului “Fişiere” se va lansa fereastra în care se vor specifica atât

calea catre fişierele RET&LOB cât şi calea în care se doreşte creearea fişierelor produse de modulul de analiză hidraulică.

Subrutina pentru sortarea nodurilor după tipul acestora şi identificarea nodurilor “sensibile”

În pachetul de programe RET&LOB, nodurile sunt de şapte tipuri: - nod simplu; - nod cu rezervor (normal sau cu rupere de presiune); - nod cu staţii de pompare de orice tip; - noduri cu consum special (trei tipuri); - nod cu presiune prescrisă.

Prin această subrutină se identifică şi se grupează nodurile ţinând cont de tipul lor pentru a facilita apelarea acestor informaţii de catre algoritmii de zonare.

NOD “SENSIBIL”Nod la care exista un disponibil insuficient de presiune (mai putin de zece, douazeci la suta din presiunea de serviciu).

P < 1.1 ... 1.2*Ps Evidenţierea acestor noduri este importantă la stabilirea arterelor ce vor fi excluse de

la districtizare.

V.5. MODULUL DE ANALIZA TEHNICO-ECONOMICA Acest modul consta intr-un diagnostic al sistemului de distributie a apei, atat in

termeni de pierderi de apa cat si in ceea ce priveste aspectul economic implicat de pierderea apei.

Astfel, analiza tehnica si economica a sistemului implica intocmirea bilant al apei, pe baza rezultatelor acestui bilant se calculeaza indicatorii de performanta ai sistemului, se stabileste nivelul economic al pierderilor, si se stabileste o tinta pentru nivelul pierderilor.

Pasul urmator consta in aplicarea unui algoritm care pe baza indicatorilor de performanta calculati si a datelor de cost ale apei stabileste un nivel optim al investitiilor necesare pentru impartirea retelei in districte. In functie de acest nivel se calculeaza numarul optim de districte.

Analiza tehnico-economica a sistemului de distributie

Algoritm

Bilantul Apei (IWA)

Nivelul Economic al Pierderilor

Indicatori de performanta

Nivelul Tinta al Pierderilor

Numarul optim de districte

Figura 8. Arhitectura modulului de analiza tehnico-economica.

- 19 -


Acest modul constă într-un diagnostic al sistemului de distributie a apei, atât în termeni de pierderi de apă cât şi în ceea ce priveşte aspectul economic implicat de pierderea apei.

Astfel, analiza tehnică şi economică a sistemului implică întocmirea bilanţ al apei, pe baza rezultatelor acestui bilanţ se calculează indicatorii de performanţă ai sistemului, se stabileşte nivelul economic al pierderilor, şi se stabileşte o ţintă pentru nivelul pierderilor.

Pasul următor constă în aplicarea unui algoritm care pe baza indicatorilor de performanţă calculaţi si a datelor de cost ale apei stabileste un nivel optim al investiţiilor necesare pentru împarţirea reţelei în districte. În funcţie de acest nivel se calculează numărul optim de districte.

V.6. MODULUL DE ZONARE A RETELEI Ultimul din cele trei module este si cel mai complex dintre acestea, si implica

realizarea planurilor de zonare si districtizare a retelei de distributie a apei. Astfel, in urma utilizarii datelor furnizate de primele doua module si a aplicarii a doi

algoritmi (primul de zonare si cel de al doilea de districtizare), furnizeaza o solutie optima de contorizare a retelei.

Modulul de zonare

Date INTRARE Date IESIRE

Date topologie reteaDate parametrii hidraulici

Date economice

Date zoneDate districtePlanuri districtizare

Figura 9. Modulul de zonare

V.7. TESTAREA PACHETULUI DE PROGRAME Testarea pachetului de programe s-a făcut pe o reţea test, rectangulară, simetrică,

compusă din 25 de noduri (caroiaj de 5 x 5 noduri) si 40 de artere. Toate conductele din reţea au acelaşi lungime şi rugozitate, diametrele difera insa.

Modelul folosit pentru testare presupune amplasarea unei statii de pompare in nodul numarul 1 al retelei test.

In conditiile expuse la paragraful anterior au rezultat un numar de 2 districte (D1.1 si D1.2) dispuse ca in figura de mai jos.

In urma rularii procedurilor de impartire in districte au rezultat urmatoarele date: Denumire Numar

Zone de distributie 1

Districte 2

Vane de izolare 5

Contoare de district 3

Tabel 1. Sistematizare rezultate in urma divizarii retelei in districte

- 20 -


Figura 10. Plan de contorizare de district pentru reteaua test

- 21 -

VI. STUDIU DE CAZ – APLICAREA PACHETULUI DE PROGRAME REALIZAT PE UN SISTEM REAL DE DISTRIBUTIE

VI.1. DESCRIEREA SISTEMULUI DE DISTRIBUȚIE În contextul condițiilor menționate anterior am considerat ca fiind reprezentativa

studierea rețelei de distribuție a apei potabile existentă în municipiul Bistrița. Având un debit vehiculat semnificativ și un procent al pierderilor de apă evaluat la

aproximativ 51% din volumul de apă introdus în sistem, corelat cu un grad de contorizare de 99,6 %, sistemul de distribuție al municipiului Bistrița constituie un bun model pentru validarea metodologiei și algoritmilor propuși.

Tipurile de date de bază folosite pentru realizarea modelului rețelei aparţin următoarelor domenii:

- date topografice: planuri de situaţie, profile topografice, transversale şi longitudinale prin sistemul de alimentare cu apă;

- debite şi consumuri în cadrul reţelei de distribuţie a apei potabile; Principalele caracteristici ale sistemului de alimentare cu apa din municipiul Bistrita

sunt sistematizate in tabelul urmator. Denumire indicator Cantitate

Debit introdus in retea 10570 mii mc

Procent estimat pierderi 50,8%

Numar total bransamente 18566

Numar bransamente agenti economici 2064

Numar bransamente asociatii proprietari 1293

Numar bransamente persoane fizice 15199

Procent contorizare 99,6%

Tabel 2. Informatii generale despre sistemul de distributie al apei in municipiul Bistrita

VI.2. METODOLOGIA DE LUCRU Metodologia de lucru aplicată pentru atingerea obiectivelor menționate poate fi

decrisă prin următoarea secvență de operații: - se realizează analiza din punct de vedere hidraulic a retelei prin intermediul

pachetului de programe RET&LOB; - se realizează analiza tehnico-economică, pornind de la bilanțul apei pentru

sistemul de alimentare cu apă a municipiului Bistrița; - se aplică algoritmii de calcul al numarului de districte; - se aplică algoritmii de împărțire a rețelei de distribuție în zone și mai apoi

districte. Într-o prima fază a studiului de caz se realizează analiza hidraulică a rețelei prin

întocmirea și calibrarea modelului hidraulic, obținând, în acest fel, informațiile ce vor servi ca date de intrare pentru pachetul de programe DMAster.

Aceste informații sunt structurate în fișiere de tip text ce vor fi apelate, citite și prelucrate de modulul de analiză hidraulică al DMAster, care va structura informațiile prelucrate în fișiere de același tip pentru o apelare ulterioară de către modulele de analiză tehnico-economică respectiv modulul de zonare.


Pentru rețeaua de distribuție a municipiului Bistrița au rezultat valori cuprinse între

0,1 și 2 astfel de rapoarte, altfel spus presiunile disponibile la noduri variază de-a lungul rețelei între 10% și 200% din presiunea de serviciu impusă.

Reperezentarea arterelor se face utilizând același principiu ca și în cazul nodurilor, în sensul că pentru a exprima diametrele conductelor se atribuie o culoare corespunzatoare din paleta de culori disponibilă.

Figura 11. Reprezentare grafică a modelului hidraulic aferent rețelei de distribuție a

apei din municipiul Bistrița Următorul pas, în cadrul studiului, constă în analiza tehnico-economică a sistemului

de distribuție și presupune prelucrarea informațiilor de natură tehnică furnizate de modulul de analiză hidraulică (lungimi conducte, număr surse, ponderea fiecărei surse în sistem, etc.) dar și realizarea bilanțului apei pentru sistemul de distribuție al municipiului Bistrița.

Cele mai importante informații, care influențează modul de sectorizare al rețelei, pe care le regăsim în tabelul menționat sunt numărul stațiilor de pompare, nodurile sensibile și arterele excluse de la districtizare (artere ce nu vor putea fi montate vane de izolare).

Pentru sistemul de distribuție al municipiului Bistrița alimentarea se face de la o singură statie de pompare ceea ce va conduce la existența unei singure zone de distribuție, zonă în care se vor regăsi toate districtele ce vor fi determinate.

De asemenea, au fost identificate un număr de 16 noduri "sensibile", noduri care au deficit de presiune sau excedent de presiune insuficient. Pe baza acestor noduri au fost determinate un număr de 22 de artere a căror suprimare ar avea ca și consecință scăderea presiunii în acele noduri și implicit o funcționare nesatisfăcătoare a rețelei.

Denumire indicator Cantitate

Numar de noduri in retea 758

Numar de artere in retea 979

Numar statii de pompare 1

Lungimea tuturor arterelor 116,2 km

Numar de bransamente 18566

Lungimea tuturor bransamentelor 25 km

Noduri „sensibile” 16

Artere excluse de la districtizare 22

- 23 -


Tabel 3. Sistematizare rezultate de natura hidraulica Din punct de vedere tehnico-economic datele cele mai importante sunt cele

privitoare la bilantul apei si la nivelul pierderilor. Pe baza acestor informatii pachetul de programe a putut calcula indicatorii de performanta ai sistemului de alimentare necesari algoritmului stabilirii numarului de districte.

Este de menționat faptul că, în urma intocmirii bilanțului apei, a rezultat un nivel al pierderilor de apă de peste 50% din volumul de apă introdus în sistem, iar din acest nivel aproximativ o treime sunt pierderi recuperabile.

Denumire indicator Cantitate

Volum introdus in sistem [mc/an] 1416054 Consum Contorizat Facturat [mc/an] 559679 Volum Contorizat Nefacturat [mc/an] 123 Volum Necontorizat Facturat [mc/an] 0

Consum Neautorizat Nefacturat [mc/an] 0 Bransamente ilegale - menajer [mc/an] 2597

Bransamente ilegale - altele [mc/an] 1547 Fraude consumatori existenti [mc/an] 1458

Erori de contorizare si manipulare date [ / ]

2054 Lungimea conductelor magistrale 116.2

Numarul bransamentelor din retea 18566 Numar estimat de bransamente ilegale 1100

Lungimea medie a unui bransament [m] 15 Lungimea tuturor bransamentelor [km] 25

Presiunea medie in retea [mCA] 40 Regim de furnizare [ore/zi] 24 Tariful mediu al apei [euro/mc] 0.5

Consum Autorizat Facturat [mc/an] 559679 Consum Neautorizat [mc/an] 5602

Pierderi Aparente [mc/an] 5602 Pierderi Totale [mc/an] 856252 Pierderi Reale [mc/an] 848596

CARL [mc/zi] 2324.921 UARL [mc/zi] 1421.24

ILI [-] 1.636 PAR - Pierderi Anuale Recuperabile

[ ] 329843.4

CPA - Costul Pierderilor Anuale 164921.7 NOI - Nivelul Optim al Investitiilor 824608.5

NOD - Numarul Maxim Sustenabil 16.492

- 24 -


Tabel 4. Rezultatele Bilantului apei si algoritmului de calcul al numarului maxim

sustenabil de districte Aplicând metodologia de calcul a numărului de districte, propusă în teză, a rezultat

un nivel optim al investițiilor (pe o durată de 5 ani) de aproximativ 800.000 euro, ceea ce permite implementarea a unui numar de maxim 16 districte.

Acest aspect nu implica faptul ca numarul de districte implementat va fi de 16, ci doar faptul că un număr mai mare de 16 districte nu poate fi implementat din rațiuni de sustenabilitate economică.

Modulul de zonare, prin aplicarea algoritmilor propuși, furnizează soluția de sectorizare atât din punct de vedere al numărului de zone, respectiv districte, cât și din punct de vedere al configuratiilor acestora.

În primul rând, pe baza informațiilor privind dimensiunile și natura rețelei, a rezultat faptul că aceasta va fi compusă dintr-o singură zonă de distribuție.

Analizând numărul de branșamente și considerând dimensiunile standard ale unui district, dimensiuni ce variază în intervalul 1700 ... 2500 de branșamente, algoritmul de calcul al numărului final de districte a furnizat ca fiind indicată implementarea unui număr de 9 districte.

Figura 12. Rețeaua de distribuție sectorizată a municipiului Bistrița Comparând acest număr cu cel al districtelor sustenabile din punct de vedere

economic putem observa o evidentă și semnificativă diferență provenită din faptul că nivelul pierderilor de apă este destul de ridicat, permițând astfel implementarea unui număr mai mare de districte decât cel necesar.

In practica, din rațiuni legate de topologie, posibilitatea sectorizare și regulilor de creare, districtele nu pot fi identice între ele apărând diferențe semnificative atât ca număr de noduri oricît și ca număr de tronsoane.

În cele ce urmează sunt prezentate cele nouă districte rezultate în urma aplicării algoritmilor propuși pe rețeaua de distribuție a orașului Bistrița.

- 25 -


- 26 -


VII. CONCLUZII

VII.1. CONCLUZII GENERALE În cadrul tezei s-au conceput trei algoritmi originali, unul destinat calculului

numarului de districte, altul destinat impartirii retelei in zone de distributie si celalalt destinat impartirii zonelor in districte.

Toti acesti algoritmi au fost conceputi pentru a fi implementati prin intermediul unei serii de proceduri intr-un pachet de programe structurat pe trei module.

Pachetul de programe este conceput pentru a utiliza date obtinute prin modelarea hidraulica a retelelor cu ajutorul programului RET&LOB, program realizat şi utilizat în cadrul Catedrei de Hidraulică şi Protecţia Mediului.

Modulele folosesc, pe de o parte schematizarea şi datele de bază ale reţelei şi, pe de altă parte, rezultatele calculelor hidraulice rezolvate cu programul menţionat.

Studiul de caz prezentat în teză a evaluat, din punct de vedere tehnico-economic, sistemul de distributie a apei al unui municipiu de mărime obişnuită în România şi s-a finalizat prin propunerea unui plan de contorizare de district cu scopul de a controla şi reduce nivelul pierderilor de apa din sistem.

VII.2. CONTRIBUTII ORIGINALE Pe baza cercetărilor întreprinse în cadrul tezei s-au adus următoarele contribuţii

personale: - s-a realizat o analiza a metodologiei de reducere a piederilor de apa din

retelele de distributie; - s-a propus o metodologie de calcul a numarului maxim de districte

sustenabil din punct de vedere economic; - s-a realizat un algoritm ce stabileste numarul de districte in care va fi

divizata reteaua; - s-a realizat un algoritm de impartire a retelei in zone de distribuite functie

de influenta fiecarei surse ce alimenteaza reteaua; - s-a realizat un algoritm destinat impartirii fiecarei zone intr-un numar

corespunzator de districte; - s-au realizat o serie de proceduri, grupate in module de programe pentru a

facilita aplicarea algoritmilor mai sus mentionati; - s-a realizat un studiu de caz, folosind programele de calcul descrise mai

sus, care a dovedit atât validitatea cât şi utilitatea acestora.

VII.3. DIRECTII DE DEZVOLTARE Prin rezultatele sale, proiectul contribuie la conectarea cercetării către domenii ce

promovează cunoaşterea ştiinţifică şi dobândirea de cunoştinţe avansate. Impactul economic şi social al proiectului este dat prin oferirea unor noi cunoştinţe legate de domeniul reţelelor de distribuţie, ce va permite un control mai bun al nivelului pierderilor de apa.

Pornind de la cele două ipoteze simplificatoare emise şi validate de teză, se vor putea elabora în viitor noi programe de clacul, din ce în ce mai eficiente şi mai uşor de abordat şi de aplicat în practica curentă.

- 27 -


VIII. BIBLIOGRAFIE PARTIALA 1) ANTON A., CIOC D., Câteva aspect legate de reţelele de distribuţia apei. A IV-a

Conferinţă Internaţională de Maşini Hidraulice, Timişoara, 1994. 2) ANTON V., POPOVICIU M., FITERO I., Hidraulica şi maşini hidraulice, Editura

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1978. 3) Water Audits and Loss Control Programs, AWWA Publishing, Denver, 2009. 4) CIOC D., Hidraulică, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1975. 5) CIOC D., ANTON A., Reţele Hidraulice. Calcul, optimizare, siguranţă, Editura

Orizonturi Universitare, Timişoara, 2001. 6) DIMACHE A., MĂNESCU M., Reţele Edilitare, Editura Matrix Rom, Bucureşti,

2006. 7) IAMANDI C., PETRESCU V., Mecanica Fluidelor, Editura Didactică şi

Pedagogică, Bucureşti, 1978. 8) IAMANDI C., Introducere în Hidraulică, Editura Tehnică, Bucureşti, 1977. 9) IAMANDI C., PETRESCU V., DAMIAN R., SANDU L., ANTON A., Hidraulica

Instalaţiilor, Vol. I, Editura Tehnică, Bucureşti,1994. 10) IAMANDI C., PETRESCU V., DAMIAN R., SANDU L., ANTON A., Hidraulica

Instalaţiilor, Vol. II, Editura Tehnică, Bucureşti, 2002. 11) IAMANDI C., PETRESCU V., DAMIAN R., SANDU L., ANTON A.,

DEGERATU M. Hidraulica Instalaţiilor – Elemente de calcul şi aplicaţii, Editura Tehnică, Bucureşti, 1985.

12) GEORGESCU A.M., GEORGESCU S. C., Hidraulica reţelelor de conducte şi maşini hidraulice, Printech, Bucuresti, 2007.

13) IANCULESCU O., IONESCU G., Alimentări cu apă, Matrix Rom, Bucureşti, 2002.

14) IONESCU D. Gh., MATEI P., ANCUSA V., TODICESCU A., BUCULEI M., Mecanica Fluidelor şi maşini hidraulice. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,1983.

15) PILCHER R., HAMILTON S., CHAPMAN H., FIELD D., RISTOVSKI B., STAPELY S., Leak Location & Repair Guidance Notes, IWA Publishing, 2007.

16) Leakage Management and Control – A Best Practice training Manual, WHO, 2001.

17) Leakage performance indicator. IWA Publishing, 2002. 18) FARLEY M., TROW S., Losses in Water Distribution Networks, IWA Publishing,

Londra, 2003. 19) POPESCU E. , Metode de programare, structuri dinamice de date si grafuri, Else,

București, 2006. 20) KNOBLOCH A., Development of a GIS-integrated automated water loss analysis

software, WaterLoss 2014 Conference, Viena, 2014. 21) CROWDER G., The importance of hydraulic modelling for NRW programmes,

WaterLoss 2014 Conference, Viena, 2014. 22) HERRERA FERNANDEZ A. M., Improving water network management by

efficient division into supply clusters, Universidad Politecnica de Valencia, Valencia, 2011.

23) DI NARDO A., DI NATALE M., A design support methodology for district metering of water supply networks, Water Distribution System Analysis 2010 – WDSA2010 Tucson, USA, 2010.

24) DE PAOLA F., FONTANA N., GALDIERO E., GIUGNI M., UBERTI G. S., VITALETTI M., Optimal design of district metered areas in water distribution networks, 12th International Conference on Computing and Control for the Water

- 28 -


Industry, 2013.

25) ALVISI S., FRANCHINI M., A procedure for the design of district metered areas in water distribution systems, 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, 2013.

26) SCIBETTA M., BOANO F., REVELLI R., RIDOLFI L., Community detection as a tool for district metered areas identification, 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, 2013.

27) DI NARDO A., DI NATALE M., GRECO R., SANTONASTASO F. G., Ant algorithm for smart water network partitioning, 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, 2013.

28) MURANHO J., FERREIRA A., SOUSA J., GOMES A., SA MARQUES A., Technical performance evaluation of water distribution networks based on EPANET, 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, 2013.

29) GOMEZ P., CUBILLO F., MARTIN F. J., Comprehensive and efficient sectorization of distribution networks, 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, 2013.

30) DEIDDA D., SECHI G.M., ZUCCA R., Finding economic optimality in leakage reduction: a cost-simulation approach for complex urban supply systems, 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, 2013.

31) ROGERS D., Leaking water networks - an economic and environmental disaster, 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, 2013.

32) DI NARDO A., DI NATALE M., A heuristic design support methodology based on graph theory for district metering of water supply networks, Engineering Optimization, 2011.

33) GOMES R., SA MARQUES A., SOUSA J., Decision support system to divide a large network into suitable district metered area, Water Sci Technology, 2012.

34) ROGERS D., MANGANO A., Improving efficiency by reducing NRW, IWA Efficient 2005 Conference, Santiago, Chile, 2005.

35) GIUGNI M., FONTANA N., ROMANELLI D., PORTOLANO D., Strategic planning optimization of “ Napoli E st” water dist , Leakage 2005 – Conference proceedings, Halifax, 2005.

36) ALDEA A., Key mistakes for Establishing Water Loss PI's Targets in Small Networks, Water Efficiency and Performance Assessment of Water Services, Cincinnati, USA, 2015

37) CORNEA D., Methodology and Algorithm Created for the Automated Economical Design of District Metered Areas, Young Water Professionals 2010, Belgrad, Serbia

38) CORNEA D., Cost-Benefit Approach for DMA Design Methodology, Young Water Professionals 2011, Bucuresti, Romania

39) A. ANTON, CORNEA D., Economical design of DMAS - methodology and algorithms, Water Loss Conference 2012, Ferarra, Italia.

- 29 -

ALGORITMI ŞI PACHET DE PROGRAME PENTRU...

Documents

Transcript of ALGORITMI ŞI PACHET DE PROGRAME PENTRU...