POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA INŻYNIERII SYSTEMÓW STEROWANIA ROZPRAWA DOKTORSKA. Autor: mgr inż.

Transkrypt

1 POLIECNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ ELEKROECNIKI I AUOMAYKI KAEDRA INŻYNIERII SYSEMÓW SEROWANIA Agorm aokacji punków moniorowania jakości w ssemach dsrbucji wod pinej ROZPRAWA DOKORSKA Auor: mgr inż. Rafał Łangowski Promoor: prof. dr hab. inż. Mieczsław Brdś Gdańsk, 0

2 Składam serdeczne podziękowania profesorowi Mieczsławowi Brdsiowi za opiekę merorczną nad pracą, cenne rad, uwagi i sposrzeżenia, za czas poświęcon na różnego rodzaju dskusje oraz za cierpiwość i wrozumiałość przez cał okres powsawania niniejszej rozpraw. Szczegóne podziękowania kieruję do Wszskich Koegów z Zespołu Ineigennch Ssemów Wspomagania Deczji i Serowania oraz Kaedr Inżnierii Ssemów Serowania przede wszskim za możiwość współprac, nieocenione wszekiego rodzaju uwagi, koeżeńską amosferę oraz bezineresowną pomoc, o kórą ak rudno w dzisiejszch czasach. Specjane podziękowania składam moim biskim, szczegónie mojej żonie Anecie za wsparcie w chwiach rudnch oraz za żcziwość i wrozumiałość.

3 SPIS REŚCI Spis reści Spis głównch oznaczeń Rozdział Wsęp Wprowadzenie -7-. eza Srukura rozpraw. -0- Rozdział Ssem wodociągowe Wprowadzenie -6-. Ssem zasiania SZ) Źródła wod surowej Sacje uzdaniania wod --.3 Ssem dsrbucji wod pinej SDWP) Źródła wod pinej uzdanionej) Węzł Rurociągi Zbiorniki Pomp Zawor Sacje wórnego uzdaniania Modee eemenów SDWP Mode hdrauiki iości) w źródłach wod pinej Mode hdrauiki iości) w węzłach Mode hdrauiki iości) w rurociągach Mode hdrauiki iości) w zbiornikach Mode hdrauiki iości) w pompach Mode hdrauiki - pomp sałoprędkościowe Mode hdrauiki - pomp zmiennoprędkościowe Mode hdrauiki iości) w zaworach Modee w SDWP

4 SPIS REŚCI.6 drauika i jakość wod w SDWP drauika w SDWP Jakość wod w SDWP Deznfekcja wod Wskaźniki jakości wod Produk uboczne deznfekcji Moniorowanie hdrauiki i jakości wod w SDWP Smuaor SDWP Epane - podsawowe informacje Przkładowe SDWP Rozdział 3 Modee jakości wod Wprowadzenie Modee jakości wod poszczegónch eemenów SDWP Modee jakości wod w węzłach Modee jakości wod w rurociągach Modee jakości wod w zbiornikach Zbiornik przepłwow Zbiornik nieprzepłwow Mode jakości wod w SDWP Meod rozwiązwania modeu jakości wod w SDWP Meod bazujące na podejściu Euer a Meoda różnic skończonch - FDM Meoda objęości dskrench - DVM Meod bazujące na podejściu Lagrange a Meoda serowana czasem - DM Meoda serowana zdarzeniami - EDM Podsumowanie meod numercznch Mode jakości wod w SDWP da ceów esmacji Impemenacja i działanie opracowanego modeu jakości wod w SDWP Porównanie działania modei jakości Epane - Maab) Rozdział 4 Probem esmacji jakości wod w SDWP Wprowadzenie Modeowanie niepewności

5 SPIS REŚCI 4.. Mode niepewności w posaci zbiorów ograniczonch Sneza modułu esmacji zmiennch Niepewność modeu dnamiki jakości wod w SDWP Niepewność informacji pomiarowej Niepewność informacji a priori Wiedza a priori o SDWP da ceów esmacji Informacja o hdrauice w SDWP Informacja o sężeniu choru w SDWP Cech SDWP Esmacja przedziałowa jakości wod w SDWP Rozdział 5 Obserwaor przedziałow - podsawowe informacje Wprowadzenie Podsawowe informacje Rozdział 6 Esmaor przedziałow jakości wod w SDWP Wprowadzenie Obserwaor przedziałow jakości wod w SDWP orzon esmacji Impemenacja i działanie esmaora przedziałowego jakości wod Wniki esmacji da przkładowch SDWP Wniki esmacji niemierzonch sężeń choru Wniki esmacji sężenia choru w węźe z pomiarem Wpłw iczb i rozokowania urządzeń pomiarowch na jakość esmacji Wpłw pseudopomiarów na jakość esmacji Efekwność obiczeniowa esmaora przedziałowego jakości wod Rozdział 7 Agorm aokacji punków moniorowania jakości wod w SDWP Wprowadzenie Aokacja punków moniorowania jakości wod w SDWP - przegąd ieraur Aokacja punków moniorowania jakości wod w SDWP Agorm jednowskaźnikow Agorm dwuwskaźnikow Agorm wieowskaźnikow Mode deczjn

6 SPIS REŚCI 7.5 Charakerska sformułowanch zadań opmaizacji Agorm geneczne Agorm aokacji - sformułowanie da porzeb NSGA-II Agorm jednowskaźnikow - sformułowanie da porzeb NSGA-II Agorm dwuwskaźnikow - sformułowanie da porzeb NSGA-II Agorm wieowskaźnikow - sformułowanie da porzeb NSGA-II Mode deczjn - wbór najepszego osobnika Impemenacja i działanie agormów aokacji Rozdział 8 Badania smuacjne Wprowadzenie SDWP miasa Chojnice Mode SDWP miasa Chojnice - srukura Mode smuacjn Mode jakości wod da porzeb esmacji Esmacja sężenia choru - SDWP miasa Chojnice Aokacja punków moniorowania jakości - SDWP miasa Chojnice Agorm jednowskaźnikow - SDWP miasa Chojnice Agorm dwuwskaźnikow - SDWP miasa Chojnice Agorm wieowskaźnikow - SDWP miasa Chojnice Agorm wieowskaźnikow - dwa scenariusze Agorm wieowskaźnikow - rz scenariusze Rozdział 9 Zakończenie Podsumowanie Kierunki przszłch badań Bibiografia Załącznik Dobór warości Q,min oraz N,max Załącznik Główne własności ssemu z kooperawną dnamiką Załącznik 3 Agorm NSGA-II Załącznik 4 Szczegółowe dane modeu smuacjnego SDWP miasa Chojnice

7 SPIS GŁÓWNYC OZNACZEŃ Spis głównch oznaczeń SZwWP - SZ - SDWP - SWU - PUD - M - BOP - MOP Q - Q,min - N,max - QP - ZDWP - ssem zaoparzenia w wodę piną również w znaczeniu iczb mnogiej) ssem zasiania również w znaczeniu iczb mnogiej) ssem dsrbucji wod pinej również w znaczeniu iczb mnogiej) sacja wórnego uzdaniania również w znaczeniu iczb mnogiej) produk uboczne deznfekcji rihaomean bezpośredni obserwaor przedziałow mieszan obserwaor przedziałow horzon rozważań / esmacji krok hdrauiki krok jakości miniman krok jakości maksmana iczba segmenów przedział czasu pomiędz koejnmi chwiami pomiarowmi da jakości wod w SDWP zbiór dopuszczanch węzłów w SDWP, w kórch mogą zosać uokowane urządzenia pomiarowe LD - iczba dosępnch urządzeń pomiarowch S, S - para ssemów dnamicznch sanowiąca obserwaor przedziałow - c - L - V zb - v - - x - x - x - naężenie przepłwu wod sężenie domieszki deznfekana - choru) długość rurociągu objęość wod w zbiorniku iniowa prędkość przepłwu wod długość segmenu w obrębie rurociągu wekor zmiennch sanu wekor esmowanch zmiennch sanu wekor bezpośrednio mierzonch zmiennch sanu - 5 -

8 SPIS GŁÓWNYC OZNACZEŃ ~ x - wekor pośrednio mierzonch zmiennch sanu pseudopomiarów) ˆx - ˆx - - A - b - - e - wekor donch esma zmiennch sanu wekor górnch esma zmiennch sanu wekor pomiarow macierz sanu wekor wejść wekor błędów wekor błędu esmacji, - w odniesieniu do macierz i wekorów oznacza porównanie po ich eemenach a b - ioczn adamarda, zwan akże iocznem po współrzędnch -, + - górne indeks, oznaczające odpowiednio done i górne warości ograniczające daną wiekość ub zmienną - 6 -

9 ROZDZIAŁ : Wsęp Rozdział Wsęp. Wprowadzenie rudno sobie wobrazić funkcjonowanie dzisiejszego społeczeńswa bez bieżącego dosępu do szeregu mediów akich jak: energia eekrczna, gaz cz woda pina. Co więcej nierzadko można spokać się ze swierdzeniem, że media e o swoisego rodzaju dobro społeczne, kóre powinno bć dosępne da każdego. Idąc jeszcze daej, prakcznie od zarania dziejów dosęp do wod pinej sanowił kuczową kwesię mającą decdując wpłw na przerwanie udzkości. Na przesrzeni wieków rozwój szeroko pojęej echniki doprowadził do znanego obecnie poziomu społecznego. Innmi słow, da większości współczesnego świaa odkręcenie kurka z wodą cz podłączenie różnego rodzaju urządzeń do gniazda sieciowego jes cznnością ak nauraną, że o niemożiwość wkonania ej cznności uznawana jes za san wjąkow. Nauranie możiwość akiego funkcjonowania dają odpowiednie ssem, sanowiące niejednokronie bardzo skompikowane organizm, kórch podsawowe zadnie można sformułować ogónie - jako zapewnienie komforu żcia. Jednm z ego pu ssemów jes z pewnością ssem zaoparzenia w wodę piną SZwWP), zwan częso ssemem wodociągowm cz siecią wodociągową oraz jego część odpowiadająca już ściśe za dosarczenie wod do odbiorców zwana ssemem dsrbucji wod pinej SDWP). SDWP sanowi obiek badań zawarch w niniejszej rozprawie. Formułując podsawowe zadanie da ego ssemu dość nauranm jes mówienie o zaspokojeniu cz zapewnieniu żądanch dosaw wod, czi zapewnieniu jej iości zwanej zamiennie hdrauiką. Jednakże obecna świadomość nie pozwaa na poprzesaniu na powższm. Prakcznie da nikogo nie jes już ajemnicą, że iość wod o nie wszsko - niemniej ważnm aspekem jes jej jakość. Wobec ego, definiując ogóne zadanie SDWP cz SZwWP) oba aspek muszą zosać wzięe pod uwagę. Dokładając do ego kwesię komforu żcia, podsawowe zadanie SDWP można sformułować jako: zapewnienie użkownikom żądanej iości wod o odpowiedniej jakości w wmaganm przez nich czasie Brds i Uanicki 994). Co więcej w dzisiejszm świecie nieodzownm jes pierwiasek ekonomiczn. Dodaje on zaem do powższego zadania wmaganie w posaci sprosania mu prz minimaizacji koszów. Jeśi dodam do ego cech samego SDWP akie jak: różne skae czasu dnamiki hdrauiki i jakości wod, - 7 -

10 ROZDZIAŁ : Wsęp dużą iczbę eemenów wchodzącch w skład ssemu, jego rozegłość oraz opografię wnikające z cech obszarów kóre dan SDWP zasia, specficzne preferencje niekórch użkowników, id. okazuje się, iż wdawałob się prose zadanie saje się niezwke skompikowane. I ak jes w rzeczwisości, co widoczne jes chociażb przez przma znacznej iczb inenswnch prac prowadzonch zarówno w sekorach naukowch jak i przemsłowch mającch na ceu jak najefekwniejsze sprosanie emu zadaniu. Spekrum zagadnień wpłwającch na sprosanie zadaniu SDWP jes na e szerokie, że obecnie posrzegane jes ono jako probem inerdscpinarn inegrując wiedzę m. in. z ssemów środowiskowch, ssemów serowania i echnoogii informacjnch I). W niniejszej rozprawie poruszone zosaje jedno z ch zagadnień, a mianowicie moniorowanie jakości wod pinej. Jego głównm zadaniem jes dosarczenie informacji o sanie jakości wod w SDWP rozumianej przez przma przjęego wskaźnika ub wskaźników jakości. Wiedza a jes niezbędna da porzeb efekwnego prowadzenia procesu dsrbucji wod pinej, a m sam spełnienia podsawowego zadania SDWP. Nauranie, ideaną suacją błob, ab pełna informacja o jakości wod pochodziła z urządzeń do pomiaru ww. wskaźnika cz wskaźników. Jednakże, w związku z dużą iczbą przede wszskim węzłów, nawe w niewiekim SDWP, zainsaowanie odpowiednich urządzeń pomiarowch we wszskich węzłach jes suacją, kórą właściwie można rozważać jednie eorecznie. Wnika o zarówno z samej opoogii SDWP jak i z powodów ekonomicznch. Innmi słow, kosz zarówno zainsaowania ak znacznej iczb urządzeń jak i daszej ich ekspoaacji błb bardzo duże. Jednm z powch rozwiązań ego probemu jes wkorzsanie narzędzia pozwaającego na oszacowanie warości niemierzonch wiekości jakościowch w oparciu o dosępne pomiar. Narzędziem akim jes esmacja, kóra w powiązaniu z agormem aokacji pewnej wsarczającej) iczb urządzeń pomiarowch jakości, pozwoi na zdobcie wsarczającej wiedz na ema sanu całego SDWP. Jednakże, ab możiwe bło przeprowadzenie procesu esmacji warości niemierzonch wiekości wskaźników) jakościowch w SDWP koniecznm jes posiadania odpowiedniego, da ceów esmacji, modeu jakości wod w SDWP. Dodakowo, w związku z niepewnością wsępującą zarówno w wiekościach hdrauicznch jak i w dosępnch pomiarach wiekości jakościowch niezbędnm jes modeowanie ej niepewności. Reasumując, poprzez opracowanie odpowiedniego modeu jakości wod pinej w SDWP, prz uwzgędnieniu wsępującej niepewności oraz jak najepszm rozmieszczeniu dosępnej iczb urządzeń pomiarowch, w procesie esmacji z wkorzsaniem opracowanego esmaora możiwm powinno bć uzskanie jak najdokładniejszej informacji o jakości wod pinej w całm - 8 -

11 ROZDZIAŁ : Wsęp SDWP. Wobec ego ogón ce badań przedsawionch w niniejszej rozprawie można sformułować jako: Opracowanie i kompuerowa impemenacja agormów rozmieszczania pewnej wsarczającej) iczb urządzeń pomiarowch jakości wod aokacji punków moniorowania), ab na podsawie pomiarów z nich uzskiwanch, poprzez zasosowanie odpowiednich narzędzi, orzmać właściwą wiedzę na ema sanu jakości w całm SDWP. Ponado, w rozprawie sawia się dodakow ce związan z efekwnością opracowanej meod esmacji jakości wod pinej w SDWP. Innmi słow, wmaga się, ab opracowana meoda esmacji mogła mieć zasosowanie w ssemie moniorowania on-ine. Zaem, projekując esmaor jakości wod w rozprawie posawiono ce, ab bło o narzędzie również efekwne, dzięki czemu może ono mieć zasosowanie nie ko prz rozwiązaniu projekowego zadania aokacji urządzeń pomiarowch, ae również w samm ssemie moniorowania jakości on-ine. Jak już wspomniano o akuaności emaki badań zawarch w niniejszej rozprawie świadcz fak znacznego nią zaineresowania zarówno sekora naukowego jak i przemsłowego, objawiając się pokaźnm zbiorem zarówno pubikacji jak również uruchamianiem koejnch projeków badawczch. W m miejscu auor chciałb zaznaczć, iż rozprawa bła wspierana w ramach: projeku badawczego nr 4A p.: Moniorowanie i serowanie jakością wod w ssemach dosarczania i dsrbucji SDiDW) wod pinej - MiSerJa, finansowanego przez Miniserswo Nauki i Szkonicwa Wższego; europejskiego projeku badawczego nr IC0806 p.: Ineigen Monioring, Conro and Securi of Criica Infrasrucure Ssems - IneiCIS; projeku badawczego nr 638/N - COS/09/0/00/0 p.: Ineigen Ssems for Monioring, Conro and Securi of Criica Infrasrucure Pans: Mehodoog, Srucures, Agorihms and Appicaions o Drinking Waer Disribuion Neworks - InSIK, finansowanego przez Miniserswo Nauki i Szkonicwa Wższego; granu nr finansowanego przez Naiona Naura Science Foundaion of China; Auor wraża podziękowanie za okazane wsparcie

12 ROZDZIAŁ : Wsęp. eza W rozprawie sawia się nasępującą ezę: Poprzez opracowanie właściwch agormów rozmieszczania pewnej wsarczającej) iczb urządzeń pomiarowch jakości wod aokacji punków moniorowania), w oparciu o dane pomiarowe z nich uzskiwane, poprzez zasosowanie odpowiednich narzędzi, możiwm jes orzmanie w sposób efekwn właściwej wiedz o sanie jakości wod w całm SDWP..3 Srukura rozpraw Rozprawa swoim zakresem obejmuje: przedsawienie obieku badań, kórm jes SDWP, opis dwóch podsawowch aspeków związanch z SDWP, a więc hdrauiki i jakości wod oraz powiązań pomiędz nimi, zagadnienie modeowania jakości wod pinej zakończone opracowaniem modeu jakości wod pinej w SDWP da ceów esmacji, zagadnienie modeowania niepewności zakończone wborem modeu niepewności, przedsawienie probemu esmacji jakości wod pinej zakończone opracowaniem esmaora jakości wod pinej w SDWP, zagadnienie aokacji dosępnej iczb urządzeń pomiarowch jakości zakończone opracowaniem agormów aokacji punków moniorowania jakości wod pinej w SDWP, opis kompuerowej impemenacji zaproponowanej meodoogii, wieopłaszczznową anaizę wników smuacjnch uzskanch da apikacji rzeczwisego SDWP miasa Chojnice. Powższe zagadnienia zosał zaware w nasępującch rozdziałach: Rozdział : Rozdział en zawiera opis przedmiou niniejszej rozpraw, akuaności podjęej emaki badań, ceu badań oraz mowacji do ich podjęcia. Posawiona zosała w nim również eza rozpraw, a rozdział zakończono przedsawieniem srukur rozpraw

13 ROZDZIAŁ : Wsęp Rozdział : Rozdział en sanowi swego rodzaju proog do niniejszej rozpraw. Poruszono w nim prakcznie wszskie kwesie pojawiające się w daszej jej części. Szczegółowość ich opisu jes zaeżna od ich wpłwu na zasadnicze rozważania podjęe w rozprawie. Zaem, w rozdziae przedsawiono ssem zaoparzenia w wodę piną SZwWP) z jego podziałem na ssem zasiania SZ) oraz ssem dsrbucji wod pinej SDWP). Nasępnie zaprezenowano mode hdrauiki iości) wod SDWP oraz wzajemne powiązania pomiędz hdrauiką i jakością wod. Koejnm aspekem poruszonm na znacznm poziomie szczegółowości jes jakość wod wraz z opisem jej deznfekcji, wskaźników oraz produków ubocznch deznfekcji PUD). W daszej części przedsawiono zagadnienie moniorowania hdrauiki i jakości wod w SDWP. Rozdział zakończono opisem smuaorów SDWP. Rozdział 3: Rozdział en w całości poświęcon zosał modeowaniu jakości wod pinej w SDWP. W pierwszej części rozdziału przedsawiono podsawowe modee jakości wod da poszczegónch eemenów ssemu, worzące w konsekwencji pełen mode jakości wod pinej w SDWP, z punku widzenia przjęego w rozprawie wskaźnika jakości - sężenia choru. Część druga rozdziału zawiera opis podsawowch meod numercznch wkorzswanch do rozwiązania ego modeu, ze środkiem ciężkości skierowanm na meod sosowane w smuaorze Epane. Osania część rozdziału zawiera szczegółowe wprowadzenie wraz z opisem modeu jakości wod w SDWP da ceów esmacji. Mode en jes wkładem auorskim i sanowi punk wjścia do daszch badań zawarch w niniejszej rozprawie. Rozdział kończ się przedsawieniem sposobu impemenacji opracowanego modeu w środowisku Maab wraz z opisem jego działania oraz zaprezenowaniem wników smuacji ego modeu przebiegów sężeń choru) da przkładowch SDWP w porównaniu z wnikami uzskanmi z smuaora Epane. Szereg rozważań oraz wników przedsawionch w rozdziae 3 zawaro w pubikacjach: Łangowski R., Brds M.A. 006). Inerva Asmpoic Esimaor for Chorine Monioring in Drinking Waer Disribuion Ssems. s IFAC Workshop on Appicaions of Large Scae Indusria Ssems. Augus , esinki - Sockhom. Łangowski R., Brds M.A. 007). Monioring of Chorine Concenraion in Drinking Waer Disribuion Ssems Using an Inerva Esimaor. Inernaiona Journa of Appied Mahemaics and Compuer Science, vo. 7, No., pp

14 ROZDZIAŁ : Wsęp Brds M.A., Łangowski R. 008). Inerva Esimaor for Chorine Monioring in Drinking Waer Disribuion Ssems under Uncerain Ssem Dnamics, Inpus and Sae Measuremen Errors. h IFAC/IFORS/IMACS/IFIP Smposium on Large Scae Ssems: heor and Appicaions, IFAC Pubisher Oxford ISBN , vo., par. Rozdział 4: W rozdziae m zosał opisan probem esmacji jakości wod pinej w SDWP. W pierwszej części rozdziału przedsawiono główne sposob modeowania niepewności i dokonano wboru modeu niepewności w posaci zbiorów ograniczonch da porzeb daszch rozważań zawarch w rozprawie. Część druga rozdziału zawiera snezę modułu esmacji zmiennch. Sneza a ma na ceu okreśenie i zamodeowanie wszskich niepewności mającch ison wpłw na proces esmacji jakościowch zmiennch sanu w SDWP. Rozdział kończ się przedsawieniem wiedz a priori i cech SDWP isonch da daszch rozważań zawarch w rozprawie oraz wprowadzeniem do esmacji przedziałowej jakości wod pinej w SDWP. Szereg rozważań przedsawionch w rozdziae 4 zawaro w pubikacjach: Łangowski R., Brds M.A. 007). Monioring of Chorine Concenraion in Drinking Waer Disribuion Ssems Using an Inerva Esimaor. Inernaiona Journa of Appied Mahemaics and Compuer Science, vo. 7, No., pp Brds M.A., Łangowski R. 008). Inerva Esimaor for Chorine Monioring in Drinking Waer Disribuion Ssems under Uncerain Ssem Dnamics, Inpus and Sae Measuremen Errors. h IFAC/IFORS/IMACS/IFIP Smposium on Large Scae Ssems: heor and Appicaions, IFAC Pubisher Oxford ISBN , vo., par. Rozdział 5: W rozdziae m zaprezenowano podsaw eoreczne obserwaora przedziałowego sanowiącego bazę opracowanego i przedsawionego w rozdziae 6 obserwaora przedziałowego jakości wod w SDWP. Rozdział 6: Rozdział en zawiera opracowanie przedziałowego esmaora jakości wod w SDWP. W pierwszej części rozdziału zawaro szczegółowe rozważania prowadzące do opracowania srukur obserwaora przedziałowego a w konsekwencji esmaora przedziałowego) jakości wod w SDWP. Da zaprezenowanch srukur wprowadzono maemaczne dowod - -

15 ROZDZIAŁ : Wsęp krzepkości i sabiności generowanch przez nie rajekorii donch i górnch esma. Esmaor en jes orginanm wkładem auorskim i sanowi bazę daszch badań zawarch w niniejszej rozprawie. W daszej części rozdziału przedsawiono sposób impemenacji opracowanch srukur w środowisku Maab wraz z opisem ich działania. Nasępnie zaprezenowano uzskane, obszerne wniki esmacji da przkładowch SDWP, pokazujące isone cech esmaora w zaeżności od panującch warunków w ssemie. Rozdział zakończono charakerską efekwności obiczeniowej opracowanego obserwaora esmaora) przedziałowego jakości wod w SDWP. Szereg rozważań oraz wników przedsawionch w rozdziae 6 zawaro w pubikacjach: Łangowski R., Brds M.A. 006). Inerva Asmpoic Esimaor for Chorine Monioring in Drinking Waer Disribuion Ssems. s IFAC Workshop on Appicaions of Large Scae Indusria Ssems. Augus , esinki - Sockhom. Łangowski R., Brds M.A. 007). Monioring of Chorine Concenraion in Drinking Waer Disribuion Ssems Using an Inerva Esimaor. Inernaiona Journa of Appied Mahemaics and Compuer Science, vo. 7, No., pp Brds M.A., Łangowski R. 008). Inerva Esimaor for Chorine Monioring in Drinking Waer Disribuion Ssems under Uncerain Ssem Dnamics, Inpus and Sae Measuremen Errors. h IFAC/IFORS/IMACS/IFIP Smposium on Large Scae Ssems: heor and Appicaions, IFAC Pubisher Oxford ISBN , vo., par. Rozdział 7: W rozdziae m przedsawiono zagadnienie aokacji punków moniorowania jakości wod w SDWP. Część pierwsza rozdziału poświęcona zosała zaprezenowaniu wbranch pozcji ieraurowch rozważającch probem aokacji oraz wskazaniu kierunku badań zawarch w niniejszej rozprawie doczącego ej kwesii. Dasza, zasadnicza część rozdziału zawiera opracowanie auorskiego podejścia do zagadnienia aokacji punków moniorowania jakości wod w SDWP. W wniku rozważań w niej zawarch sformułowane zosają rz agorm aokacji wkorzsujące wcześniej opracowane w rozprawie: mode jakości i esmaor przedziałow. Nasępnie opracowane agorm zosał zaimpemenowane w środowisku Maab a soverem wkorzsanm w nich do rozwiązania zadania aokacji jes wieokrerian agorm geneczn Nsga-II. Działanie o pociągało za sobą konieczność przeformułowania zdefiniowanch zadań opmaizacji na porzeb agormu Nsga-II, co zosało opisane w koejnej części rozdziału. Rozdział zakończono przedsawieniem sposobu - 3 -

16 ROZDZIAŁ : Wsęp impemenacji opracowanch agormów aokacji punków moniorowania jakości wod w SDWP wraz z opisem ich działania. Szereg rozważań oraz wników przedsawionch w rozdziae 7 zawaro w pubikacjach: Łangowski R., Brds M.A. 00). Opimised Aocaion of ard Quai Sensors for Robus Monioring of Quai in Drinking Waer Disribuion Ssems. Proc. of he h IFAC Smposium on Large Scae Ssems: heor and Appicaions, Ju -4, Vieneuve d Asc, France. Łangowski R., Brds M.A., Ruiun Qi 0). Opimised Robus Pacemen of ard Quai Sensors for Robus Monioring of Quai in Drinking Waer Disribuion Ssems. Proc. of he 0 h Word Congress on Ineigen Conro and Auomaion, Ju 6-8, Beijing, China. Rozdział 8: Rozdział en w całości poświęcon zosał wieopłaszczznowej anaizie uzskanch wników smuacjnch. Składa się on z dwóch głównch części sanowiącch opis apikacji rzeczwisego SDWP miasa Chojnice oraz prezenację i dskusję orzmanch wników. Druga część rozdziału jes wdrożeniem opracowanej w niniejszej rozprawie meodoogii aokacji punków moniorowania jakości wod w SDWP. Część rozważań oraz wników przedsawionch w rozdziae 8 zawaro w pubikacjach: Brdś M.A., Łangowski R. 008). Moniorowanie sężenia choru w SDWP - esmaor przedziałow. Wodociągi - Kanaizacja, Nr 7/853/54), s Łangowski R., Brds M.A. 00). Opimised Aocaion of ard Quai Sensors for Robus Monioring of Quai in Drinking Waer Disribuion Ssems. Proc. of he h IFAC Smposium on Large Scae Ssems: heor and Appicaions, Ju -4, Vieneuve d Asc, France. Łangowski R., Brds M.A., Ruiun Qi 0). Opimised Robus Pacemen of ard Quai Sensors for Robus Monioring of Quai in Drinking Waer Disribuion Ssems. Proc. of he 0 h Word Congress on Ineigen Conro and Auomaion, Ju 6-8, Beijing, China. Rozdział 9: Rozdział en zawiera podsumowanie rozpraw oraz wskazanie możiwch kierunków przszłch badań

17 ROZDZIAŁ : Wsęp Załącznik : Załącznik en zawiera rozważania związane z doborem minimanego kroku jakości Q,min oraz maksmanej iczb segmenów N,max. Załącznik : W załączniku m przedsawiono główne własności ssemu z kooperawną dnamiką, isone z punku widzenia rozważań prowadzonch w rozprawie. Załącznik 3: Załącznik en poświęcon zosał podsawowej charakersce wieokrerianego agormu genecznego Nsga-II. Załącznik 4: W załączniku m zawaro szczegółowe dane modeu smuacjnego rzeczwisego SDWP miasa Chojnice sanowiącego główną apikację wkorzswaną w niniejszej rozprawie

18 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Rozdział Ssem wodociągowe. Wprowadzenie Ssem wodno-gospodarcz obejmując swoim zakresem zw. ssem środowiskowe jes niezbędn da komforowego funkcjonowania dzisiejszego społeczeńswa. Za dwa główne eemen ego ssemu uznaje się zwke Mikuski 998) ssem zaoparzenia w wodę piną SZwWP) oraz ssem usuwania ścieków. Oba ssem worzą ogniwa cku użkowania wod Brds i Uanicki 994) wchodzącego w skład cku hdroogicznego Chin 000), a powiązania pomiędz nimi nasępują poprzez źródła zasobów wod. Powższe zosało ziusrowane na rsunku.. Ź R Ó D Ł A Ujmowanie i ranspor wod surowej Uzdanianie wod surowej Dsrbucja wod uzdanionej Z A S O B Ó W Odbiór ścieków Odbiór wod uzdanionej W O D Y Odprowadzanie ścieków oczszczonch Oczszczanie ścieków Rsunek. Ck użkowania wod - 6 -

19 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Zgodnie z przedsawioną w rozdziae emaką niniejszej rozpraw - ssem usuwania ścieków nie jes w niej prezenowan. Rozpocznając rozważania doczące SZwWP, w pierwszej koejności wpada zasanowić się nad jego definicją. Okazuje się, iż w ieraurze można znaeźć szereg definicji posiadającch pewną część wspóną. Mianowicie swierdzającch, że SZwWP sanowi zbiór źródeł wod, różnego rodzaju eemenów i urządzeń oraz połączeń pomiędz nimi, kór zaoparuje odbiorców w wodę piną. Wobec ego nasuwają się dwa nasępujące sposrzeżenia: nazewnicwo ssem zaoparzenia w wodę piną jes ożsame okreśeniu ssem wodociągow, oraz podsawowe zadanie SZwWP ma większe znaczenie prakczne od jego definicji. m zadaniem jes dosarczenie do wszskich odbiorców żądanej iości wod o odpowiedniej jakości w wmaganm przez nich czasie Brds i Uanicki 994). Co więcej dodać naeż, iż sprosanie emu zadaniu powinno bć jak najbardziej efekwne pod wzgędem ekonomicznm. Ponado, koniecznm jes uwzgędnienie szeregu wmagań nakładanch na ssem wodociągow akich jak np. bezpieczeńswo ssemu cz dosępność wod o odpowiednim ciśnieniu w pewnch punkach sieci wodociągowej oraz spełnienie ograniczeń hdrauiki i jakości wod Brds i Uanicki 994). W SZwWP wróżnia się zwke ssem ub podssem) funkcjonane. Jedną z najbardziej powch reprezenacji SZwWP jes wróżnienie w nim ssemu zasiania SZ) oraz ssemu dsrbucji wod pinej SDWP) Brds i Uanicki 994). Adekwan do daszej części rozpraw opis obu ssemów przedsawion zosał odpowiednio w podrozdziałach. i.3. Naomias w m miejscu waro okreśić granicę oddzieającą SZ od SDWP. Nauranie, o ie granice ssemu wodociągowego wznaczają z jednej sron ujęcia źródła) wod a z drugiej jej odbiorc, o e granica oddzieająca SZ od SDWP ma charaker raczej umown. Ponado isonm jes fak, iż pomiędz ssemami wsępują inerakcje. Innmi słow, SZwWP mogą bć rozważane jako połączenie dwóch wmienionch, oddziałującch międz sobą ssemów ub aernawnie jako dwa wodrębnione ssem worzone przez każdą z ch funkcjonanch części - w ceu oddzieenia jednego ssemu od drugiego, wzajemne oddziałwania zasępowane są przez warunki graniczne Duzinkiewicz 005). W rozprawie sosowane jes drugie z podejść, a jako granicę pomiędz SZ a SDWP przjmuje się powo, miejsce wprowadzenia z SZ i wprowadzenia do SDWP wod uzdanionej. Wobec ego, użwanie pojęcia źródło wod w odniesieniu do SDWP rozumiane jes w daszej części rozpraw jako miejsce wprowadzania do niego wod pinej źródło wod uzdanionej). W ceu zwiększenia przejrzsości powższego na rsunku. ziusrowano SZwWP z wróżnieniem w nim SZ i SDWP

20 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe SYSEM ZAOPARZENIA W WODĘ PINĄ SZwWP) SYSEM WODOCIĄGOWY Granica SZwWP Granica SZwWP Ujęcia wod SYSEM ZASILANIA SZ) Granica ssemów Źródła wod uzdanionej SYSEM DYSRYBUCJI WODY PINEJ SDWP) Odbiorc Rsunek. Ssem zaoparzenia w wodę piną SZwWP) z wróżnieniem SZ i SDWP Mając już pewien obraz SZwWP oraz znając jego główne zadanie można pokusić się o swierdzenie, iż sprosanie emu zadaniu nie jes ławe. Od szeregu a prowadzone są badania doczące pełnej gam zagadnień mającch znaczenie zarówno da bezpiecznego jak i efekwnego zaoparwania odbiorców w wodę piną. Jak już wspomniano w podrozdziae., w niniejszej rozprawie rozważane jes jedno z akich zagadnień, a mianowicie moniorowanie jakości wod pinej. Zaem, niniejsz rozdział ma na ceu przedsawienie wszskich zagadnień związanch z ssemami wodociągowmi, kóre mają wpłw na moniorowanie jakości wod pinej w sopniu niezbędnm da jasności i przejrzsości rozpraw.. Ssem zasiania SZ) W ssemie zasiania sanowiącm, zgodnie z przjęm w podrozdziae. podziałem, jedną z dwóch głównch części SZwWP reaizowane są nasępujące podsawowe proces Brds i Uanicki 994): ujmowanie wod surowej z powierzchniowch i/ub podziemnch źródeł wod, - 8 -

21 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe ranspor wod surowej poprzez sieć rurociągów, a w niekórch ssemach dodakowo za pośrednicwem zbiorników magaznującch, do sacji uzdaniania wod, uzdanianie wod surowej w sacjach uzdaniania, dosarczanie wod uzdanionej pinej) rurociągami o znacznch średnicach do ssemu dsrbucji. W m miejscu waro zwrócić uwagę na dwa aspek. Mianowicie osania z cznności może się odbwać bez udziału rurociągów, zn. granica pomiędz ssemem zasiania a ssemem dsrbucji wod pinej znajduje się na wjściu ze sacji uzdaniania wod. Innmi słow, dosarczenie wod do SDWP nasępuje bezpośrednio ze sacji uzdaniania. aka suacja rozważana jes w niniejszej rozprawie. Ponado, z uwagi na znaczn poziom złożoności procesów ujmowania, ransporu i uzdaniania wod surowej, SZ niejednokronie dziei się na dwa nasępujące podssem Duzinkiewicz 005): i. podssem ujmowania i ransporu wod surowej - podsawowmi cznnościami reaizowanmi w m podssemie są: ujmowanie wod w sposób zapewniając zaspokojenie prognozowanego jej zaporzebowania u odbiorców oraz jej ranspor w odpowiednim czasie i w odpowiedniej iości do sacji uzdaniania; do reaizacji powższego, w podssemie mogą bć wkorzswane zbiorniki magaznujące, ii. podssem uzdaniania - nasępuje w nim uzdanianie dosarczonej iości wod surowej do sandardów wod pinej; w podssemie m nie ma prakcznie możiwości magaznowania wod. Zgodnie z powższm opisem, jak ławo można zauważć, eemenami charakerscznmi da SZ są: ujęcia wod źródła wod surowej) oraz sacje jej uzdaniania. Charakersce ch eemenów poświęcone zosał poniższe dwa podrozdział, odpowiednio.. i... Na zakończenie niniejszego podrozdziału schemacznie ziusrowano na rsunku.3 ssem zasiania z zaznaczeniem najważniejszch jego komponenów

22 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Źródła wod podziemnej ranspor wod surowej Sacja uzdaniania wod Woda uzdaniona pina) Źródła wod powierzchniowej Rsunek.3 Ssem zasiania SZ).. Źródła wod surowej Woda wprowadzana do SZwWP, służąca do zaspokajania porzeb jej odbiorców, ujmowana jes z dwóch rodzajów jej nauranch zasobów, kórmi są Mikuski 998): Źródła wod powierzchniowej - wod powierzchniowe o przede wszskim: rzeki, srumienie, jeziora oraz szuczne zbiorniki budowane przeważnie da ceów energecznch, przeciwpowodziowch, a w niekórch przpadkach specjanie da ceów zaoparzenia w wodę. Podsawową wiekością charakerzującą ujęcie powierzchniowe jes jego wdajność, sanowiąca iość wod jaką można pobrać w okreśonej jednosce czasu, w danch warunkach echnicznch i hdroogicznch. Usaenie ej wiekości w przpadku ego rodzaju źródła jes zadaniem sosunkowo prosm Gabrszewski 973). Rozróżnia się maksmaną i ekspoaacjną wdajność źródła, prz czm podsawowe znaczenie ma druga z nich. Waro zauważć, iż ekspoaacjna wdajność źródła wod powierzchniowej może podegać zmienności uzaeżnionej od warunków amosfercznch

23 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Źródła wod podziemnej - wod podziemne o przede wszskim warsw wodonośne. Ujmowanie ch wód odbwa się głównie poprzez sudnie grunowe. Podsawową wiekością charakerzującą ujęcie podziemne jes, podobnie jak w przpadku ujęcia powierzchniowego, jego wdajność, sanowiąca iość wod podziemnej jaką można pobrać w okreśonej jednosce czasu, w isniejącch warunkach echnicznch i hdroogicznch. Wiekość a jes uzaeżniona od szeregu składowch o charakerze hdrogeoogicznm, kórch usaenie jes zadaniem złożonm Gabrszewski 973). Podobnie jak w przpadku ujęcia powierzchniowego można mówić o maksmanej i ekspoaacjnej wdajności źródła, prz czm w przeciwieńswie do ujęcia powierzchniowego, obie e wiekości nie podegają zasadniczm zmianom nawe w długich horzonach czasu... Sacje uzdaniania wod Woda, ujmowana ze scharakerzowanch w podrozdziae.. źródeł jes ransporowana do sacji uzdaniania. Głównm procesem reaizowanm w sacji jes kszałowanie jakości wod docierającej do jej odbiorców. Innmi słow, w sacji nasępuje proces uzdaniania wod, w nasępswie kórego ujęa woda surowa, po przejściu przez poszczegóne sadia uzdaniania, powinna posiadać warości wskaźników jakości pozwaające sosować ją do ceów konsumpcjnch Duzinkiewicz 005). Jakości wod oraz jej wskaźnikom i ich normom poświęcon zosał podrozdział.6.. W m miejscu waro podkreśić nasępujące dwa aspek wnikające z powższego: sacje uzdaniania sanowią same w sobie sosunkowo skompikowane ssem, sacje uzdaniania sają się źródłami wod uzdanionej w iości i o jakości zapewniającch spełnienie podsawowego zadania SZwWP, czi dosarczenie do odbiorc w wmaganej przez niego chwii wod w odpowiedniej iości i o odpowiedniej jakości. Wobec powższego szczegónie drugiego aspeku) można zauważć, iż woda opuszczająca sację uzdaniania sanowi naurane wjście z SZ i wejście do SDWP. Innmi słow, sanowi pową granicę pomiędz SZ i SDWP. I akie podejście zosało przjęe w niniejszej rozprawie, co zosało zasgnaizowane w podrozdziae.. Ponado waro zauważć, iż warości wskaźników jakości wod pozwaające na uznanie jej za uzdanioną zdaną do picia) są ściśe zdefiniowane. Norm e jak i same wskaźniki) okreśa Miniser Zdrowia w drodze rozporządzenia ogłaszanego w Dzienniku Usaw parz podrozdział.6.). Zaem, - -

24 FILRACJA EAPY UZDANIANIA WODY OSANI EAP - DEZYNFEKCJA WODY FILRACJA ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe można powiedzieć, że sacja uzdaniania cz eż źródło wod uzdanionej) pracuje w sposób dość specficzn - wmaga zachowania na wjściu z niej odpowiednich warości okreśonch paramerów. Wobec ego, bez ura ogóności, w daszej części rozpraw przjmuje się, iż jakość wod definiowana w rozprawie jednm ze wskaźników parz podrozdział.6..) jes sała na rozważanm horzoncie czasu. Innmi słow, zakłada się sałą warość uwzgędnianego wskaźnika jakości wod. Waro jeszcze wrócić do pierwszego aspeku. Mianowicie przebiegając w sacji proces uzdaniania wod może bć zarówno dość złożon jak i odmienn. Wnika o przede wszskim z dwóch przesłanek Nawrocki i Biłozor 000): po pierwsze z wmagań odnoszącch się do jakości wod uzdanionej i po drugie, z jakości dosarczanej wod surowej składu domieszek i zanieczszczeń wod docierającej do sacji). Jednakże cechą wspóną prakcznie każdego procesu uzdaniania wod jes wsępowanie w osanim jego eapie deznfekcji wod parz podrozdział.6..). Przkładow przebieg procesu uzdaniania można znaeźć np. w Brds i Uanicki 994). Naomias na rsunku.4 przedsawiono ogón przebieg procesu uzdania wod w sacji, nałożon na SZ zaprezenowan na rsunku.3. Źródła wod podziemnej Sacja uzdaniania wod ranspor wod surowej Woda uzdaniona pina) Źródła wod powierzchniowej Rsunek.4 Ogón przebieg procesu uzdaniania wod - -

25 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe.3 Ssem dsrbucji wod pinej SDWP) W ssemie dsrbucji wod pinej sanowiącm, obok opisanego w podrozdziae. SZ, drugą główną część SZwWP parz podrozdział.) reaizowan jes proces dsrbucji wod uzdanionej pinej) Brds i Uanicki 994). Innmi słow, w SDWP nasępuje odbiór wod pojawiającej się na wjściu sacji uzdaniania ewenuanie na wjściu rurociągów dosarczającch wodę ze sacji do SDWP - parz podrozdział.), a nasępnie jej dsrbucja w czasie i w iości zapewniającch zaspokojenie zaporzebowania odbiorców. Z powższego opisu wpros wnika, iż proces reaizowan w SDWP jes prakcznie ożsam z podsawowm zadaniem SZwWP parz podrozdział.). Wobec ego, w daszej części rozpraw przjmuje się, iż wspomniane zadanie SZwWP przenosi się bezpośrednio na główne zadanie SDWP. Ponado, co zosało już wspomniane w rozdziae, SDWP sanowi podsawow obiek rozparwan w niniejszej rozprawie. W ceu dopełnienia zaprezenowanch dochczas w niniejszm rozdziae informacji, waro jeszcze wspomnieć, iż SDWP kasfikuje się według wieu różnch kreriów akich jak np.: zasięg erorian, sposób wkorzsania wod cz srukura hdrauiczna. Szczegół w m zakresie można znaeźć w wieu pozcjach ieraurowch, międz innmi w Duzinkiewicz 005). Proces dsrbucji wod pinej, cz eż uszczegóławiając - sprosanie głównemu zadaniu SDWP odbwa się z wkorzsaniem szeregu eemenów pełniącch różne funkcje zarówno z punku widzenia iości jak i jakości wod w SDWP. Adekwanemu do zawarości rozpraw opisowi ch eemenów poświęcone zosał koejne podrozdział. Ponado, w ceu zwiększenia przejrzsości opisu, na rsunku.5 przedsawiono schemacznie SDWP z zaznaczeniem ch eemenów

26 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Zbiornik Rurociągi Źródło wod pinej) Pompa Zawór Węzł Sacja wórnego uzdaniania Rsunek.5 Ssem dsrbucji wod pinej SDWP) Nauranie SDWP przedsawion na rsunku.5 nie oddaje jego skai. Innmi słow, nawe sosunkowo niewiekie, powe SDWP zawierają dziesiąki cz seki np. rurociągów cz węzłów, a da SDWP obsługującch wiekie agomeracje miejskie eemen e można iczć w siącach. Zaem, na zakończenie niniejszego podrozdziału waro podkreśić nasępujące cech SDWP właniające się z zaprezenowanego do ej por opisu Brds i Uanicki 994): skompikowana srukura sieci rurociągów z sekami połączeń i wieoma pęami, wsępowanie w obrębie ssemu sref ciśnieniowch zawierającch zbiorniki da urzmania dosaw i podrzmania ciśnienia, ison wpłw poziomu wod w zbiorniku na przepłw i ciśnienia w ssemie

27 .3. Źródła wod pinej uzdanionej) ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Jak już wspomniano w niniejszm rozdziae, źródła wod rozważane w odniesieniu do SDWP są źródłami wod pinej uzdanionej). Źródła e sanowią wejście do SDWP. Jak ławo można zauważć, w sposób nauran, źródła wpłwają na oba aspek rozważane w odniesieniu do SDWP. Innmi słow, mają one wpłw zarówno na hdrauikę iość) jak również jakość wod w SDWP. pow sposób modeowania hdrauiki w źródłach w SDWP zosał przedsawion, adekwanie do zawarości niniejszej rozpraw, w podrozdziae.4.. Naomias sposób modeowania jakości wod zosał przedsawion w podrozdziae 3... Ponado, w podrozdziae.8 zaprezenowano echniczną kwesię modeu źródła w SDWP wkorzswanego w niniejszej rozprawie, czi eemen smuaora, za pomocą kórego modeowane są źródła prz spełnieniu wmagań w zakresie hdrauiki i jakości, o kórch mowa odpowiednio w podrozdziałach.4. i 3... Charakerzując źródła wod pinej naeż jeszcze wspomnieć o powch wiekościach podegającch w nich pomiarom. mi wiekościami są: z punku widzenia hdrauiki na wjściu ze sacji uzdaniania) - naężenie przepłwu wod oraz ciśnienie, z punku widzenia jakości wod - wskaźniki jakościowe. Zagadnieniu pomiarów poszczegónch wiekości, w odniesieniu do całego SDWP, poświecono odpowiednie fragmen podrozdziałów.6. i Węzł Ogónie węzeł można zdefiniować jako miejsce w SDWP, w kórm nasępuje połączenie rurociągów Brds i Uanicki 994). Prowadząc dasze rozważania, z punku widzenia hdrauiki w SDWP wśród węzłów można wróżnić Duzinkiewicz 005): zwkł węzeł połączeniow - nie odbwa się w nim pobór wod, nie jes podłączona do niego dosawa wod oraz nie jes on przłączon do zbiornika, węzeł połączeniow z dosarczaniem wod - podłączona jes do niego dosawa wod, węzeł połączeniow z poborem wod - odbwa się w nim pobór wod, węzeł połączeniow przłączon do zbiornika - jes on przłączon do zbiornika. Naomias z punku widzenia jakości wod w SDWP węzł można podzieić na Duzinkiewicz 005): węzł, w kórch nie jes dozowana domieszka, węzł, w kórch domieszka jes dozowana

28 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Wobec powższego, w sposób nauran, węzł wpłwają na oba aspek rozważane w odniesieniu do SDWP. Innmi słow, mają one wpłw zarówno na hdrauikę iość) jak również jakość wod w SDWP. pow sposób modeowania hdrauiki w węźe w SDWP zosał przedsawion, adekwanie do zawarości niniejszej rozpraw, w podrozdziae.4.. Naomias sposób modeowania jakości wod zosał przedsawion w podrozdziae 3... Ponado, w podrozdziae.8 zaprezenowano echniczną kwesię modeu węzła w SDWP wkorzswanego w niniejszej rozprawie, czi eemen smuaora, za pomocą kórego modeowane są węzł prz spełnieniu wmagań w zakresie hdrauiki i jakości, o kórch mowa odpowiednio w podrozdziałach.4. i 3... Charakerzując węzł naeż jeszcze wspomnieć o powch wiekościach podegającch w nich pomiarom. mi wiekościami są: z punku widzenia hdrauiki - ciśnienie, z punku widzenia jakości wod - wskaźniki jakościowe..3.3 Rurociągi Rurociąg jes eemenem połączeniowm ransporującm wodę pomiędz poszczegónmi eemenami SDWP. ranspor wod w rurociągu może mieć charaker grawiacjn ub ciśnieniow Brds i Uanicki 994). W przpadku ransporu grawiacjnego rurociągi mogą bć bezciśnieniowe ranspor na całej długości rurociągu z owarm usrem wod) ub ciśnieniowe ranspor pełnm przekrojem rurociągu). W przpadku ransporu wwołwanego za pomocą pomp użwane są rurociągi ciśnieniowe Duzinkiewicz 005). W niniejszej rozprawie auor rozważa SDWP, w kórch do połączeń pomiędz ich eemenami wkorzswane są rurociągi ciśnieniowe. Jak ławo można zauważć, w sposób nauran, rurociągi wpłwają na oba aspek rozważane w odniesieniu do SDWP. Innmi słow, mają one wpłw zarówno na hdrauikę iość) jak również jakość wod w SDWP. pow sposób modeowania hdrauiki w rurociągu w SDWP zosał przedsawion, adekwanie do zawarości niniejszej rozpraw, w podrozdziae.4.3. Naomias sposób modeowania jakości wod zosał przedsawion w podrozdziae 3... Ponado, w podrozdziae.8 zaprezenowano echniczną kwesię modeu rurociągu w SDWP wkorzswanego w niniejszej rozprawie, czi eemen smuaora, za pomocą kórego modeowane są rurociągi prz spełnieniu wmagań w zakresie hdrauiki i jakości, o kórch mowa odpowiednio w podrozdziałach.4.3 i 3... Charakerzując rurociągi naeż jeszcze wspomnieć o powch wiekościach podegającch w nich pomiarom. mi wiekościami - 6 -

29 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe są: z punku widzenia hdrauiki - naężenie przepłwu wod, z punku widzenia jakości wod - powo, brak ego pu pomiarów..3.4 Zbiorniki Anaizując główne zadanie SDWP parz podrozdział.3) ławo można zauważć, iż zaporzebowanie na wodę w ssemie nie jes równomierne. W związku z m, powo w SDWP wsępują zbiorniki, kóre pozwaają na magaznowanie wod w okresach jej nadmiaru, a nasępnie na uzupełnienie iości wod ujmowanej z jej źródeł. Zbiorniki w SDWP spełniają różne zadania, z kórch najważniejszmi są Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): Wrównwanie dspozcjnch zasobów wod w SDWP - zadanie o poega na magaznowaniu wod, w okresach kied jej pobór jes mniejsz niż produkcja i jej oddawaniu, gd pobór przewższa produkcję. Warunkiem efekwnej reaizacji ego zadania jes odpowiednia pojemności zbiornika. Waro jeszcze zauważć, iż gromadzenie wod może się również przekładać na obniżenie koszu pompowania. Wrównwanie ciśnień w SDWP - wpełnienie ego zadania zapewnia uzskanie pożądanego profiu ciśnień, a jes ono możiwe jeżei zbiornik jes położon odpowiednio wsoko w sosunku do obszaru dsrbucji wod. Zapewnienie odpowiedniego zasobu wod na wpadek akcji przeciwpożarowch - w SDWP nie przewiduje się gromadzenia wod na przpadek awarii. Jednm odsępswem od powższego, czi przpadkiem magaznowania wod na wpadek suacji nadzwczajnej, jes zapas wod gaśniczej. Zapas en powinien zapewnić dosawę wod w iości odpowiedniej da okreśonej akcji przeciwpożarowej. Wsępujące w SDWP zbiorniki mogą bć kasfikowane według szeregu kreriów. Sosownie do zawarości niniejszej rozpraw poniżej przoczono jedną z kasfikacji, ze wzgędu na położenie zbiornika w sosunku do erenu ujęcia i obszaru dsrbucji Duzinkiewicz 005): zbiorniki począkowe - są o zbiorniki usuowane międz źródłem wod a obszarem jej dsrbucji; są one budowane jako przepłwowe, przez kóre ransporowana jes cała iość wod dosarczanej z ujęcia ub boczne, w kórch gromadzona jes część wod dosarczanej z ujęcia, zbiorniki końcowe - są o zbiorniki położone po przeciwnej sronie obszaru dsrbucji niż ujęcia wod, - 7 -

30 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe zbiorniki cenrane - są o zbiorniki położone wewnąrz obszaru dsrbucji i możiwie bisko sref największego poboru wod. Zbiorniki począkowe boczne, końcowe i cenrane są zbiornikami nieprzepłwowmi zn. fizczne połączenie z SDWP odbwa się ko jednm rurociągiem. Naomias zbiorniki począkowe przepłwowe połączone są z SDWP dwoma rurociągami. Jak ławo można zauważć, w sposób nauran, zbiorniki wpłwają na oba aspek rozważane w odniesieniu do SDWP. Innmi słow, mają one wpłw zarówno na hdrauikę iość) jak również jakość wod w SDWP. pow sposób modeowania hdrauiki w zbiorniku w SDWP zosał przedsawion, adekwanie do zawarości niniejszej rozpraw, w podrozdziae.4.4. Naomias sposób modeowania jakości wod zosał przedsawion w podrozdziae Ponado, w podrozdziae.8 zaprezenowano echniczną kwesię modeu zbiornika w SDWP wkorzswanego w niniejszej rozprawie, czi eemen smuaora, za pomocą kórego modeowane są zbiorniki prz spełnieniu wmagań w zakresie hdrauiki i jakości, o kórch mowa odpowiednio w podrozdziałach.4.4 i Charakerzując zbiorniki naeż jeszcze wspomnieć o powch wiekościach podegającch w nich pomiarom. mi wiekościami są: z punku widzenia hdrauiki - poziom usra wod, z punku widzenia jakości wod - wskaźniki jakościowe..3.5 Pomp Pomp są akwnmi eemenami SDWP służącmi do przenoszenia wod z poziomu niższego na poziom wższ ub przełaczania wod z obszaru o ciśnieniu niższm do obszaru o ciśnieniu wższm, prz czm praca związana z przenoszeniem ub przełaczaniem wod wkonwana jes koszem energii doprowadzanej z zewnąrz. Energia zewnęrzna jes najczęściej energią eekrczną dosarczaną przez zewnęrzn sinik eekrczn. Energia a zamieniana jes na mechaniczną energię wod, a sama ransformacja opiswana jes przez współcznnik sprawności pomp. Zaem, działanie pomp poega na wworzeniu różnic ciśnień pomiędz jej srona ssawną i sroną łoczną. powo daną pompę okreśają rz nasępujące charakerski Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): charakerska przepłwu - podająca zaeżność użecznej wsokości podnoszenia od naężenia przepłwu wod, da okreśonej prędkości obroowej pomp, charakerska moc - podająca zaeżność moc na wae pomp od naężenia przepłwu wod, - 8 -

31 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe charakerska sprawności - podająca zaeżność współcznnika sprawności pomp od naężenia przepłwu wod. powo, w SDWP wkorzswane są dwa podsawowe rodzaje pomp Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): pomp sałoprędkościowe - ich prędkość obroowa pozosaje sała, niezaeżnie od cznników zewnęrznch, oraz pomp zmiennoprędkościowe - ich prędkość obroowa może bć zmieniana w zaeżności od warunków panującch w ssemie. Najczęściej pomp są skonfigurowane w sacjach pomp, co pozwaa na osiągnięcie pożądanch warunków prac i niezawodności. Jeżei w sacji pomp zainsaowane są jednie pomp sałoprędkościowe wówczas dosępn, do wkorzsania na porzeb SDWP, jes ko jeden paramer w posaci konfiguracji pomp. Naomias jeśi w sacji pomp pojawiają się pomp zmiennoprędkościowe do dspozcji, oprócz konfiguracji pomp, pojawia się drugi paramer, a mianowicie prędkość. Jak ławo można zauważć, w sposób nauran, pomp wpłwają ko na jeden z aspeków rozważanch w odniesieniu do SDWP. Uszczegóławiając, mają one wpłw na hdrauikę iość) w SDWP. W odniesieniu do jakości wod - nie uegła ona zmianie po przejściu przez pompę jes aka sama po sronie ssawnej jak i łocznej pomp). pow sposób modeowania hdrauiki pomp w SDWP zosał przedsawion, adekwanie do zawarości niniejszej rozpraw, w podrozdziae.4.5. Ponado, w podrozdziae.8 zaprezenowano echniczną kwesię modeu pomp w SDWP wkorzswanego w niniejszej rozprawie, czi eemen smuaora, za pomocą kórego modeowane są pomp prz spełnieniu wmagań w zakresie hdrauiki, o kórch mowa w podrozdziae.4.5. Charakerzując pomp naeż jeszcze wspomnieć, iż ich praca bazuje przede wszskim na pomiarach ciśnień w węzłach SDWP..3.6 Zawor Zawor są eemenami, kóre konroują abo ciśnienie ub przepłw wod w okreśonch punkach SDWP abo nawe całą srukurę SDWP przez owarcie jednch dróg da przepłwu wod i zamknięcie innch. Dzięki emu powodują, iż SDWP saje się easczn Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005). W SDWP sosowane są różne rodzaje zaworów reaizującch różne funkcje. Zawor mogą bć zaiczane do jednej z czerech grup Waski i inni 00): - 9 -

32 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Zawor odcinające - sanowią najiczniejszą grupę zaworów wsępującch w SDWP. Przeznaczone są do ręcznego operowania w ceu odcięcia przepłwu wod. Czasem zawor odcinające są urzmwane ceowo w pozcji zamknięej, np. da konroowania granic sref ciśnieniowch w SDWP. Isnieje szereg pów zaworów odcinającch różniącch się konsrukcją. Zawor kierunkowe zwrone) - sosowane są da zapewnienia przepłwu wod w rurociągu ko w jednm kierunku. Umieszczane są z reguł w pompowniach na rurociągach łocznch da zabezpieczenia pomp przed cofającą się, prz zarzmaniu pomp, wodą oraz w ceu przeciwdziałania ucieczce wod z rurociągu łocznego. Zawor poziomu - sosowane są w miejscach SDWP, w kórch rurociąg łącz się ze zbiornikiem. Kied woda dopłwa do zbiornika i poziom wod w zbiorniku osiąga okreśoną maksmaną warość, zawór poziomu zamka się, zabezpieczając w en sposób zbiornik przed przeaniem. Naomias, kied pojawiają się warunki przepłwu w przeciwną sronę - zawór poziomu owiera się. Zawor reguacjne - rozróżnia się nasępujące główne p zaworów reguacjnch: zawor redukcjne ciśnienia PRV) - dławią samocznnie przepłw wod ak, ab ciśnienie za zaworem nie przekroczło pewnej zadanej warości maksmanej; zawor podrzmania ciśnienia PSV) - dławią samocznnie przepłw wod ak, ab ciśnienie za zaworem nie przekroczło pewnej zadanej warości minimanej; zawor reguacjne przepłwu FCV) - reguują naężenie przepłwu wod do warości okreśonej przez operaora SDWP; sosowane są wszędzie am w SDWP, gdzie uzasadniona jes reguacja bazująca na przepłwie wod. Jak ławo można zauważć, w sposób nauran, zawor podobnie jak pomp wpłwają ko na jeden z aspeków rozważanch w odniesieniu do SDWP. Uszczegóławiając, mają one wpłw na hdrauikę iość) w SDWP. W odniesieniu do jakości wod - nie uegła ona zmianie po przejściu przez zawór. pow sposób modeowania hdrauiki zaworu w SDWP zosał przedsawion, adekwanie do zawarości niniejszej rozpraw, w podrozdziae.4.6. Ponado, w podrozdziae.8 zaprezenowano echniczną kwesię modeu zaworu w SDWP wkorzswanego w niniejszej rozprawie, czi eemen smuaora, za pomocą kórego modeowane są zawor prz spełnieniu wmagań w zakresie hdrauiki, o kórch mowa w podrozdziae.4.6. Charakerzując zawor naeż jeszcze wspomnieć, iż ich praca bazuje na pomiarach ciśnień w węzłach oraz naężeń przepłwów wod w rurociągach, w SDWP

33 .3.7 Sacje wórnego uzdaniania ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Jak już wspomniano parz podrozdział.3), SDWP są zazwczaj ssemami złożonmi i rozegłmi. Ponado z uwagi na cech jakości wod parz podrozdział.6.), warości jej wskaźników spełniające na wjściu sacji uzdaniania narzucone norm, mogą uegać pogorszeniu wraz z czasem doarcia wod od źródła wod pinej do odbiorc mającm nauranie, również związek z odegłością odbiorc od źródła wod uzdanionej). Wobec powższego, w ceu przeciwdziałania emu zjawisku, w SDWP może mieć miejsce wórne uzdanianie wod w zw. sacjach punkach) wórnego uzdaniania - SWU Duzinkiewicz 005). powo, SWU nie wmagają wiekogabarowch insaacji echnoogicznch i mogą pracować bez bezpośredniego dozoru człowieka. Zaem, SWU mogą bć z powodzeniem rozważane jako węzł z dozowaniem domieszki parz podrozdział.3.). Jak ławo można zauważć, w sposób nauran, SWU wpłwają ko na jeden z aspeków rozważanch w odniesieniu do SDWP. Uszczegóławiając, mają one wpłw na jakość wod w SDWP. pow sposób modeowania SWU reprezenowanej przez węzeł, w kórm dozowana jes domieszka zosał przedsawion w podrozdziae 3... Ponado, w podrozdziae.8 zaprezenowano echniczną kwesię modeu SWU w SDWP wkorzswanego w niniejszej rozprawie, czi eemen smuaora, za pomocą kórego modeowane są węzł, w kórch dozowana jes domieszka prz spełnieniu wmagań w zakresie jakości wod, o kórch mowa w podrozdziae 3... Charakerzując SWU naeż jeszcze wspomnieć, iż ich praca bazuje na pomiarach danego wskaźnika jakości wod w węzłach z dozowaniem domieszki w SDWP..4 Modee eemenów SDWP W podrozdziałach scharakerzowane zosał główne eemen SDWP. Zgodnie z przedsawionm w nich opisem eemen e mają ison wpłw abo na oba aspek rozważane w odniesieniu do SDWP iość oraz jakość wod) abo ko na jeden z nich. Sosownie do zawarości rozpraw, główn nacisk auor kładzie na kwesię jakości wod, co bezpośrednio przekłada się na fak poświęcenia rozdziału 3 szczegółowemu opisowi modeowania jakości wod w SDWP. Naomias w niniejszm rozdziae, w ceu pełnego zobrazowania SDWP oraz zwiększenia przejrzsości rozpraw, zaprezenowane zosaną podsawowe modee hdrauiki poszczegónch eemenów SDWP. Zasadniczm - 3 -

34 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe przeznaczeniem ch modei jes prognozowanie Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): warości ciśnień w węzłach, przepłwów w rurociągach oraz poziomów user wod w zbiornikach, w SDWP. Waro zwrócić uwagę, iż przgoowanie ch modei wmaga znajomości opografii SDWP oraz paramerów rurociągów, zaworów i zbiorników. Naomias w ceu korzsania z nich niezbędna jes wiedza o Duzinkiewicz 005): paramerach hdrauicznch wod opuszczającej sacje uzdaniania naężenie przepłwu wod i ciśnienie), prognozach poboru wod w węzłach, warościach zmiennch serującch owarcia zaworów, praca pomp ip.). Waro jeszcze podkreśić, iż modee hdrauiki poszczegónch eemenów SDWP opierają się przede wszskim na zasadach zachowania mas i energii wod Bhave 99; Bouos i inni 004)..4. Mode hdrauiki iości) w źródłach wod pinej Jak już wspomniano, źródła wod pinej sanowią eemen wejściowe do SDWP. Ze swojej naur, źródła wod pinej modeowane są jako nieograniczone zasob wod pozwaające na spełnienie podsawowego zadania SDWP. Innmi słow, powo w modeach SDWP źródła wod pinej modeowane są jako eemen dosarczające wmaganej iości wod, nauranie z uwzgędnieniem wszskich ograniczeń echnicznch i echnoogicznch..4. Mode hdrauiki iości) w węzłach W podrozdziae.3. przesawion zosał podział węzłów w SDWP z punku widzenie hdrauiki na czer podsawowe ich rodzaje. Modee hdrauiki da każdego z nich wprowadza się w oparciu o wspomnianą zasadę zachowania mas wod. Jednakże, niezaeżnie od rodzaju węzła, można napisać jedną wspóną zaeżność sanowiącą mode hdrauiki. Mode en przedsawia poniższa zaeżność.) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005). Nauranie, w zaeżności od rodzaju węzła nie wszskie składowe będą wsępował we wzorze.) - szczegół można znaeźć np. w Duzinkiewicz 005). INn ) ) EINn ) OUn ) ) ESOn ) 0.) - 3 -

35 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe gdzie: INn) - zbiór rurociągów doprowadzającch wodę z SDWP do węzła n w chwii, OUn) - zbiór rurociągów odprowadzającch wodę z węzła n do SDWP w chwii, EINn) - zbiór rurociągów doprowadzającch wodę z zewnęrznch źródeł do węzła n w chwii, ESOn) - zbiór rurociągów pobierającch wodę z węzła n w chwii, - indeks rurociągu naeżącego odpowiednio do zbiorów INn), OUn), EINn) i ESOn), ) - odpowiednie naężenie dopłwu wod do węzła n ub odpłwu wod z węzła n w chwii..4.3 Mode hdrauiki iości) w rurociągach W ceu przedsawienia modeu hdrauiki da rurociągu, w pierwszej koejności naeż zdefiniować wiekość zwaną naporem hdrauicznm. Wiekość a jes okreśana da każdego węzła sanowiącego począek oraz koniec rurociągu i wrażana jes nasępującą zaeżnością:, p E.) E n n n gdzie: E,n - napór hdrauiczn w węźe n, p n - ciśnienie w węźe n, En - eewacja wniesienie) węzła n. Wkorzsując wżej wprowadzoną wiekość, podsawow mode hdrauiki da -ego rurociągu przedsawia zaeżność.3) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): E ' Q E '',, ', ''.3) gdzie: - naężenie przepłwu wod w -m rurociągu, ' E, - napór hdrauiczn w węźe okreśonm jako począek -ego rurociągu, '' - napór hdrauiczn w węźe okreśonm jako koniec -ego rurociągu, E,

36 Q ', '' ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe - funkcjna zaeżność pomiędz naężeniem przepłwu w -m rurociągu i naporami hdrauicznmi i ' w węzłach okreśonch jako począek i koniec -ego ' ' E, E, rurociągu. Waro w m miejscu zauważć, iż różnica pomiędz naporami hdrauicznmi i ' ' ' E, E, sanowi spadek naporu hdrauicznego. Spadek en reprezenuje sra hdrauiczne podczas przepłwu wod w rurociągu. Wróżnia się dwa podsawowe rodzaje sra hdrauicznch Bhave 99): sra zasadnicze - spowodowane oporami arcia wzdłuż inii przepłwu, sra miejscowe - spowodowane oporami powsającmi na skuek miejscowch zaburzeń przepłwu. Ogón mode sra hdrauicznch spadku naporu hdrauicznego) jes posaci.4) Rossman 000): sz sm ' '' ' '' Q.4) ' '' ' '' E, E,, E, E, gdzie: - spadek naporu hdrauicznego - sra zasadnicze, sz ' E, '' - spadek naporu hdrauicznego - sra miejscowe. sm ' E, '' Sra zasadnicze w -m rurociągu przedsawia nasępująca zaeżność Duzinkiewicz 005): sz ' '' E, b a.5) gdzie: a - współcznnik oporów hdrauicznch, b - wkładnik przepłwu. W ieraurze można znaeźć szereg wzorów na obiczanie współcznników a i b, prz czm rz najpowszechniej sosowane posaci równania.5) są nasępujące Duzinkiewicz 005): azena - Wiiamsa - powo sosowana w odniesieniu do wod pinej w SDWP), Darc - Weisbacha - posać bardziej odpowiednia da przepłwów aminarnch i ciecz innch niż woda,

37 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Chez - Manninga - posać użwana da srumieni z odkrm usrem. Waro zauważć, iż każda z wżej wmienionch posaci równania.5) jes oparm na empircznch doświadczeniach przbiżeniem rzeczwisości. Z uwagi na powższą charakerskę, we wszskich modeach wkorzswanch w niniejszej rozprawie sosowana jes formuła azena - Wiiamsa równania.5) posaci.6) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): sz ' E, '' 0,85 R.6) gdzie: R - rezsancja oporność) -ego rurociągu, wrażana zaeżnością.7): R 0,68 L.7) C D,85 W, 4,87 gdzie: L - długość -ego rurociągu, D - średnica -ego rurociągu, C W, - współcznnik azena - Wiiamsa współcznnik chropowaości) -ego rurociągu. Naeż zwrócić uwagę, iż zaeżność.7) ma bezpośrednie zasosowanie prz naporze hdrauicznm wrażanm w [m] i naężeniu przepłwu wod wrażanm w [m 3 /sek]. Ponado, warość współcznnika chropowaości da danego rurociągu zwke przjmowana jes jako sała, zaem i rezsancja danego rurociągu jes sała. Naomias sra miejscowe w -m rurociągu przedsawia zaeżność.8) Duzinkiewicz 005): a sm ' E '', '.8) gdzie: a - współcznnik oporów hdrauicznch wnikającch z miejscowch zaburzeń

38 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Kończąc niniejsz podrozdział, w ceu zobrazowania zaeżności.4) prz zasosowaniu formuł azena - Wiiamsa, na rsunku.6 przedsawiono przkładow, pow przebieg charakerski hdrauicznej da -ego rurociągu. ' '' E, E, Rsunek.6 powa charakerska hdrauiczna rurociągu.4.4 Mode hdrauiki iości) w zbiornikach Podobnie jak da węzła również da zbiornika mode hdrauiki wprowadza się w oparciu o zasadę zachowania mas wod. Wkorzsując ę zasadę mode hdrauiki da h-ego zbiornika można przedsawić ogóną zaeżnością posaci.9) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): dv zb, h d INzb, h ) OUzb, h ).9) gdzie: INzb,h) - zbiór rurociągów doprowadzającch wodę do h-ego zbiornika w chwii, OUzb,h) - zbiór rurociągów odprowadzającch wodę z h-ego zbiornika w chwii, - indeks rurociągów naeżącch odpowiednio do zbiorów INzb,h) i OUzb,h), ) - odpowiednie naężenie dopłwu wod do h-ego zbiornika ub odpłwu wod z h-ego zbiornika w chwii, V h zb, - objęość wod w h-m zbiorniku w chwii

39 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe z warunkiem począkowm: Vzb,, 0 V.0) zb, h 0 h Ograniczając się do zbiorników o sałm pou usra wod zaeżność.9) przjmuje posać.) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): dhh d A zb, h INzb, h ) OUzb, h ).) gdzie: h h - poziom usra wod w h-m zbiorniku w chwii, A zb, h - poe powierzchni usra wod w h-m zbiorniku. z warunkiem począkowm: h 0 hh, 0 h.) Da zbiornika nieprzepłwowego parz podrozdział.3.4) dodakowo naeż uwzgędnić warunek Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): INzb, h ) 0 OUzb, h ).3).4.5 Mode hdrauiki iości) w pompach Jak już wspomniano w podrozdziae.3.5, powo w SDWP wkorzsuje się dwa rodzaje pomp: sało i zmiennoprędkościowe. Pomp e najczęściej skonfigurowane są w sacjach pomp. W daszej części niniejszego podrozdziału przedsawione zosaną podsawowe modee hdrauiki da obu rodzajów pomp

40 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe.4.5. Mode hdrauiki - pomp sałoprędkościowe Mode hdrauiki charakerska przepłwu) da pomp sałoprędkościowej przedsawia poniższa zaeżność.4) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): ' gdzie ' E n s ' ' E n n E n E, n Q ',, nn nn E, n,.4) gdzie:, ' - spadek ub wzros) naporu hdrauicznego na pompie pomiędz węzłami n i n), E n n ' - napór hdrauiczn w n -m węźe, E,n E,n - napór hdrauiczn w n-m węźe, Q s nn ' - funkcjna zaeżność da pomp sałoprędkościowej pomiędz naężeniem przepłwu wod pomiędz węzłami n i n i naporami hdrauicznmi i ', E, n E,n - naężenie przepłwu wod pomiędz węzłami n i n. ' n n Waro zauważć, iż praca pomp pompowanie) odbwa się zawsze od węzła o mniejszm naporze hdrauicznm do węzła o większm naporze hdrauicznm. Nieiniowa funkcja Q s n n ' Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): może bć aproksmowana funkcją kwadraową posaci.5) Q p p p ' a ' b ' c s ' ' E, n n nn nn nn nn.5) gdzie: p p a - współcznnik oporów, 0 a, p p b - współcznnik da zapewnienia sabiności punku prac pomp, 0 p c - napór uknięcia pomp. b, W prakce warości współcznników p a, p b i p c okreśane są meodą pomiarów w rzech punkach charakerski przepłwu pomp charakerski hdrauicznej pomp) Bhave 99; Duzinkiewicz 005)

41 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe W ceu zobrazowania powższego na rsunku.7 przedsawiono przkładow, pow przebieg charakerski hdrauicznej pomp Duzinkiewicz 005). E, n n ' max ' E, n n max ' n n ' n n Rsunek.7 powa charakerska hdrauiczna pomp Powszechną prakką w SDWP jes łączenie pomp w większe grup w sacjach pomp. Łączenie odbwa się w sposób szeregow ub równoegł, a uzskiwan efek jes nasępując Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): połączenie szeregowe - zsumowanie przrosów naporu hdrauicznego, prz niezmiennm całkowim naężeniu przepłwu, połączenie równoegłe - zsumowanie naężeń przepłwów, prz niezmiennm całkowim przroście naporu hdrauicznego. Pomp o idencznch charakerskach przepłwu, połączone równoege, mogą bć zamodeowane jako jedna pompa ze zmienną serującą u ' n n, kórej warość wskazuje na o, jaka iczba pomp w sacji jes w danm momencie załączona. Wnika z ego, iż da grup pomp U ' n n, można zapisać nasępującą zaeżność: s ' Q ' ', u '.6) E, n n nn nn nn gdzie: n E n ' n n ', - całkowi przros naporu hdrauicznego, - warość uzskanego naężenia przepłwu, u - iczba załączonch pomp, u ',..., U. nn nn ' ' n n

42 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Wkorzsując, anaogicznie jak powżej, do aproksmacji funkcji s n n Q ' posać funkcji kwadraowej, zaeżność.6) można zapisać jako.7) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): 0 0, 0,, ' ' ' ' ' ' ' ' ' ', n n n n p n n n n p n n n n p n n n n s n n n n E u da u da c u b u a u Q.7) Przkładow efek wpłwu iczb pracującch równoege, idencznch pomp na wpadkową charakerskę hdrauiczną sacji pomp przedsawia rsunek.8 Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005). n n E ', ' n n max, ' n n E nn ' u nn ' u 3 nn ' u nn ' 4 u Rsunek.8 Przkładow efek wpłwu iczb pracującch równoege, idencznch pomp na wpadkową charakerskę hdrauiczną sacji pomp Nauranie pomp mogą bć skonfigurowane w sacji w inn sposób niż powższ, jak również nie muszą one mieć idencznch charakersk hdrauicznch - sposób modeowania różnch połączeń pomp w sacji można znaeźć np. w Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005).

43 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Mode hdrauiki - pomp zmiennoprędkościowe Jak sama nazwa wskazuje pompa zmiennoprędkościowa charakerzuje się możiwością zmian w sposób ciągł, w pewnm zakresie jej prędkości. Wzgędna prędkość pomp definiowana jes ogóną zaeżnością posaci.8) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): N n n p O n n p n n v p ' ' ',,,.8) gdzie: ', n n p v - wzgędna prędkość pomp zokaizowanej pomiędz węzłami n i n, O n n p ', - prędkość operacjna pomp zokaizowanej pomiędz węzłami n i n, N n n p ', - prędkość znamionowa pomp zokaizowanej pomiędz węzłami n i n. Mode hdrauiki charakerskę przepłwu) da pomp zmiennoprędkościowej przedsawia poniższa zaeżność.9) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): ' ' ' ' ',,,,, n n p n n z n n n E n E n n E v Q.9) gdzie: z n n Q ' - funkcjna zaeżność da pomp zmiennoprędkościowej pomiędz naężeniem przepłwu wod pomiędz węzłami n i n i naporami hdrauicznmi n E, i ' E,n. Jeżei charakerska przepłwu pomp da prędkości znamionowej dana jes aproksmacją.5) wówczas korzsając z praw podobieńswa, zaeżność.9) można zapisać w posaci.0) Larock i inni 000; Bouos i inni 004):,,,, ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ', n n p p n n n n p n n p n n n n p n n n n p n n z n n n n E v C v B A v Q.0)

44 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe prz: d d ' ' nn E, n n v ' i v ' p, nn p, nn.) ' ' nn E, n n gdzie: nn ', E n ' - dowon punk charakerski hdrauicznej pomp da prędkości, n znamionowej, d d nn ', E n ' - punk poszukiwanej charakerski hdrauicznej da bieżącej prędkości, n operacjnej, p p p A, ' B ', C ' - współcznniki o warościach wznaczonch da charakerski n n nn n n znamionowej. Przkładow efek wpłwu prędkości pomp na kszał jej charakerski hdrauicznej przedsawia rsunek.9 Duzinkiewicz 005). E, n n ' v ' p, nn v ' p, nn,5 v ' p, nn 0,5 ' n n Rsunek.9 Przkładow efek wpłwu prędkości pomp na kszał jej charakerski hdrauicznej Modee hdrauiczne pomp zmiennoprędkościowch, skonfigurowanch w sacjach pomp można znaeźć np. w Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005)

45 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe.4.6 Mode hdrauiki iości) w zaworach W podrozdziae.3.6 przedsawione zosał, wraz z pełnionmi przez nie funkcjami, czer główne rodzaje zaworów spokanch w SDWP. Z punku widzenia modeowania hdrauiki rodzaje e możem zgrupować w dwie nasępujące kaegorie Duzinkiewicz 005): Zawor, kóre powo w SDWP nie są modeowane jako oddziene eemen. Do kaegorii ej naeżą zawor odcinające, zawor kierunkowe oraz zawor poziomu. drauikę zaworów odcinającch oraz kierunkowch modeuje się poprzez jej odpowiednie włączenie do modeu hdrauiki rurociągu. Naomias ograniczenia wnikające z działania zaworów poziomu uwzgędniane są poprzez wprowadzenie do modeu hdrauiki SDWP warunków ograniczającch maksman i miniman poziom wod w zbiorniku. Zawor, kóre powo w SDWP są modeowane jako oddziene eemen. Do kaegorii ej naeżą wszskie zawor reguacjne. Niezaeżnie od pu zaworu reguacjnego, jego ogón mode hdrauiki przedsawia zaeżność.) Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): zaw ' R ' ' '.) E, nn nn nn nn gdzie: - spadek naporu hdrauicznego na zaworze pomiędz węzłami n i n ), ' E, nn zaw R n n ' - opór hdrauiczn zaworu wnikając z miejscowch zaburzeń przepłwu. Opór hdrauiczn zaworu jes wiekością zmienną, zaeżną od sopnia owarcia zaworu. Wiekość oporu hdrauicznego zaworu okreśana jes zaeżnością.3) Duzinkiewicz 005): R zaw ' nn zaw zaw K zaw g 8 D 4 zaw.3) gdzie: zaw - sopień owarcia zaworu, zaw K - współcznnik oporów hdrauicznch zaworu wnikając z miejscowch zaburzeń przepłwu,

46 D zaw - średnica króćców zaworu. ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Wprowadzone w oparciu o powższe zaeżności.) i.3) modee hdrauiki da poszczegónch pów zaworów reguacjnch można znaeźć np. w Duzinkiewicz 005)..5 Modee w SDWP Przedsawione do ej por rozważania, w nauran sposób wskazują, iż w SDWP możem mówić o dwóch głównch rodzajach modei, kórmi są: mode hdrauiki iości) oraz mode jakości wod. Pełen mode hdrauiki iości) w SDWP uzskuje się łącząc modee hdrauiki poszczegónch eemenów przedsawione w podrozdziae.4. Uszczegóławiając, mode hdrauiki w SDWP składa się z Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005): równań biansu mas wod da węzłów SDWP parz podrozdział.4.), równań dnamiki iości wod da zbiorników SDWP parz podrozdział.4.4), równań da połączeń pomiędz poszczegónmi węzłami SDWP parz podrozdział.4.3,.4.5 i.4.6). Poza wżej wmienionmi rzema grupami równań, mode hdrauiki w SDWP uzupełnian jes, zw. warunkami granicznmi Bhave 99; Brds i Uanicki 994). powm przkładem akich warunków są napor hdrauiczne w wbranch węzłach SDWP, np. w węzłach z dosarczaniem wod parz podrozdział.3.). aki mode hdrauiki iości) w SDWP może sanowić podsawę modeu daej wkorzswanego w zadaniach moniorowania i serowania. Waro jeszcze zwrócić uwagę, iż na eapie modeowania SDWP ważnm jes podjęcie deczji o m, kóre eemen ego ssemu są isone z punku widzenia rozważanego probemu i włączenie ko ch eemenów do definicji rozważanego SDWP. Da dużch SDWP zazwczaj niezbędnm jes przeprowadzenie procesu nazwanego szkieezacją. Innmi słow, nie wszskie rurociągi i związane z nimi eemen w posaci zaworów, pomp, id. będą włączane do definicji SDWP. Szczegół doczące zagadnienia szkieezacji można znaeźć np. w Larock i inni 000; Waski i inni 000; Bouos i inni 004). Naomias jak już wspomniano, modeowanie jakości wod w SDWP sanowi jedno z kuczowch zagadnień niniejszej rozpraw i zosało szczegółowo przedsawione w rozdziae

47 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Kończąc niniejsz podrozdział waro zasgnaizować nasępując fak. Mianowicie rozwiązanie modeu hdrauiki warości wiekości hdrauicznch: naężenia przepłwów wod w rurociągach, ciśnienia/napor hdrauiczne w węzłach cz poziom user wod w zbiornikach) sanowi wiekości wejściowe do modeu jakości wod w SDWP. Powższe wnika wpros z reacji łączącej hdrauikę z jakością wod, o kórej mowa w podrozdziae.6, a jes ławm do zauważenia po ekurze rozdziału 3..6 drauika i jakość wod w SDWP Jak już wspomniano w podrozdziae.3, podsawowm zadaniem SDWP jes dosarczenie do wszskich odbiorców żądanej iości wod o odpowiedniej jakości w wmaganm przez nich czasie. Spełnienie ak posawionego zadania jednoznacznie wmusza konieczność zasanowienia się nad wzajemnmi reacjami pomiędz hdrauiką iością) i jakością wod w SDWP. Okazuje się, iż związek pomiędz przebiegiem procesów hdrauiki i jakości w SDWP jes jednosronn. Oznacza o, że warości wskaźników jakości wod isonie zaeżą od czasu przebwania wod w ssemie, a więc od przepłwów. Idąc krok daej widać, iż serowanie hdrauiką w SDWP ma ison wpłw na jakość wod. Naomias, serowanie jakością nie ma żadnego wpłwu na san hdrauiki. Reasumując, naeż podkreśić fak wpłwu procesów hdrauiki na jakość wod i brak wpłwu odwronego. Zauważona powższa prawidłowość po raz pierwsz zosała wkorzsana w rozważaniach doczącch serowania SDWP w pubikacji Brds i inni 995a). Drugą, obok jednosronnego wpłwu hdrauiki na jakość wod, kwesią łącząca oba aspek jes różna dnamika. Innmi słow, ze wzgędu na różnice w skaach czasu dnamiki hdrauiki i jakości, układ serowania obiema wiekościami, choć zinegrowane muszą mieć możiwość odpowiednio szbkiej reakcji. powo, w SDWP częsość inerwencji w przpadku iości jes w przedziae od 0,5 do [h]. Przedział en nosi nazwę kroku hdrauiki i w daszej części rozpraw będzie oznaczan jako Brds i Uanicki 994). Naomias w przpadku jakości wod w SDWP częsość a jes znacznie większa - jes rzędu pojednczch minu, a przedział en zwan jes krokiem jakości i w daszej części rozpraw będzie oznaczan jako Q. Prowadząc dasze rozważania w m konekście, waro zauważć cechę charakersczną związaną z krokiem hdrauiki, kórą jes sałość rozwiązania hdrauiki w jego obrębie. Innmi słow, w obrębie danego kroku hdrauiki zarówno warości wiekości hdrauicznch naężenia przepłwu wod, iniowe prędkości przepłwu

48 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe wod, id.) jak i kierunki przepłwów pozosają niezmienne Brds i Uanicki 994; Rossman i Bouos 996). Dopełniając pełni obrazu, waro jeszcze zasanowić się skąd wnika wskazana powższej powa długość kroku hdrauiki. Wnika ona z powej da SDWP zmienności zaporzebowania na wodę Brds i Uanicki 994). Naomias wskazana długość kroku jakości Q wnika wpros z dnamiki jakości wod. Innmi słow, uzskanie zadowaającej dokładności rozwiązań równań jakości parz rozdział 3) wmaga częsości inerwencji rzędu pojednczch minu Rossman i Bouos 996). Z powższego wnika, iż proces jakości wod zachodzą w przedziałach znacznie mniejszch niż proces hdrauiki. W przpadku, gdb = Q oznaczałob o idenczną częsość inerwencji rozwiązwania odpowiednich zadań) w ceu wgenerowania akcepowanego serowania hdrauiką i jakością wod. Zaem, w przpadku: = Q = kika minu - pojawiłab się suacja wkonwania częsszch inerwencji w serowanie hdrauiką niż są wmagane do wgenerowania akcepowanego serowania hdrauiką oraz pojawiłab się znaczna złożoność obiczeniowa, = Q = około [h] - pojawiłab się suacja wkonwania zb rzadkiej inerwencji w serowanie jakością, co mogłob prowadzić międz innmi do generowania nieakcepowanch serowań jakością wod np. przekroczenie ograniczeń jakościowch). Dodakow opis docząc zagadnienia zinegrowanego serowania hdrauiką iością) i jakością wod w SDWP, ison z punku widzenia niniejszej rozpraw przedsawion zosał w podrozdziae.7. Naomias bardziej szczegółowe rozważania w m zakresie można znaeźć np. w Brds i inni 995a; Brds i inni 995b; Duzinkiewicz 005; Duzinkiewicz i inni 005). Waro jeszcze zasanowić się nad długością całego horzonu rozważań horzonu serowania) w SDWP. Jes ona deerminowana hdrauiką i da powch SDWP, w zaeżności od powarzaności zaporzebowania na wodę, wnosi od 4 godzin do jednego godnia Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005). Koejne podrozdział niniejszego rozdziału poświęcone zosał uzupełnieniu isonch, z punku widzenia przejrzsości rozpraw, informacji o hdrauice oraz przede wszskim szczegółowemu przedsawieniu zagadnienia jakości wod w SDWP

49 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe.6. drauika w SDWP Odwołując się ponownie do podsawowego zadania SDWP oraz reasumując przedsawione do ej por rozważania, prawdziwm jes swierdzenie, iż z punku widzenia hdrauiki SDWP musi zapewnić żądaną przez odbiorców iość wod w wmaganm przez nich czasie. Powższe można daej rozwinąć mówiąc, iż warości naężeń przepłwów wod w SDWP powinn bć dososowane do bieżącch warości wiekości poboru wod przez odbiorców. Powższe jes ściśe powiązane z zapewnieniem właściwego ciśnienia naporu hdrauicznego) w danch węzłach SDWP, ak ab zapewnić swobodn pobór porzebnej iości wod Brds i Uanicki 994; Duzinkiewicz 005). Wobec ego, niezwke isonm jes okreśenie zaporzebowania na wodę przez odbiorców w SDWP. powo, w SDWP zaporzebowanie powiązane jes z danm węzłem parz podrozdział.3.) reprezenującm odbiorców na danm obszarze. Możiw sposób okreśania wiekości zaporzebowania na wodę w danm węźe, da rzeczwisej apikacji, przedsawiono w podrozdziae 8... Naomias pow sposób okreśania jego przebiegu można znaeźć np. w Bouos i inni 004; Waski i inni 00). Okreśając wzorzec zaporzebowania na wodę w danm węźe w SDWP wkorzsuje się dane hisorczne oraz wszekie inne dodakowe informacje w m zakresie, co prowadzi wpros do jego prognozowania. Nauranie mówiąc o prognozach pojawia się konieczność uwzgędniania ich niepewności. Sposób uwzgędniania niepewności w poszczegónch wiekościach w niniejszej rozprawie zosał przedsawion w rozdziae 4. Waro w m miejscu zauważć, iż predkcje zaporzebowania w SDWP na 4-godzinnm horzoncie mają dokładność 4-6% Brds i Uanicki 994). Okreśenie wzorców zaporzebowania na wodę we wszskich wmagającch ego węzłach SDWP worz scenariusz zaporzebowania na wodę. Okreśenie iczb możiwch scenariusz zaporzebowania na wodę w danm SDWP może zosać dokonane z wkorzsaniem wiedz operaorów ego ssemu i prz uwzgędnieniu danch hisorcznch. Działanie akie jes niezwke pożądane z punku widzenia serowania i moniorowania w SDWP. Uże w niniejszm podrozdziae sformułowanie dane hisorczne odnosi się przede wszskim do posiadanch danch pomiarowch. powmi wiekościami podegającmi pomiarom w SDWP, z punku widzenia hdrauiki są, wcześniej już wspomniane, naężenia przepłwów wod w rurociągach, ciśnienia w węzłach oraz poziom user wod w zbiornikach. Przedsawione w niniejszm oraz wcześniejszch podrozdziałach informacje sanowią podsawową charakerskę aspeku hdrauiki w SDWP, kór sam w sobie nie sanowi przedmiou badań niniejszej rozpraw, ae jego adekwan do daszej zawarości opis jes

50 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe zdaniem auora wskazan, w ceu zwiększenia przejrzsości rozważań zawarch w rozprawie..6. Jakość wod w SDWP Drugim, obok hdrauiki aspekem wnikającm z podsawowego zadania SDWP jes jakość wod. Jakość a, a ściśej mówiąc wmagania jej doczące, w odniesieniu do wod przeznaczonej do picia okreśone są w Rozporządzeniu Minisra Zdrowia w sprawie jakości wod przeznaczonej do spożcia przez udzi z dnia 9 marca 007 roku wraz z późniejszmi zmianami Dz. U., Nr 6, poz. 47 z dn r.). Wmagania e dzieone są na rz podsawowe grup: Wmagania bakerioogiczne - charakerzują jakość wod z punku widzenia mikrobioogii. Najważniejszmi paramerami wskaźnikami) w ej grupie są: bakerie escherichia coi i enerokoki. Naeż dodać, iż da poszczegónch wskaźników z ej grup w ww. rozporządzeniu zdefiniowane zosał dopuszczane poziom ich warości. Wmagania fizkochemiczne - charakerzują jakość wod z punku widzenia jej właściwości fizcznch, chemicznch i radioogicznch. Paramerami wskaźnikami) w ej grupie są międz innmi: ołów, pescd, ręć, rihaomean M), żeazo, mangan, chor won, choramin, ozon, p i r. Podobnie jak da paramerów bakerioogicznch również da poszczegónch wskaźników z ej grup w ww. rozporządzeniu zdefiniowane zosał dopuszczane poziom ich warości. Wmagania organoepczne - charakerzują jakość wod z punku widzenia jej waorów smakowch cz zapachowch. Paramerami wskaźnikami) w ej grupie są przede wszskim: barwa, męność, smak i zapach. W odróżnieniu od powższch grup, nie da wszskich wskaźników z ej grup, z przczn nauranch smak i zapach), w ww. rozporządzeniu zdefiniowane zosał dopuszczane poziom ich warości. Spełnienie powższch wmagań zapewnienie zdefiniowanch w ww. rozporządzeniu warości poszczegónch wskaźników) jes warunkiem koniecznm nadania wodzie w SDWP sausu wod zdanej do picia. Można w m miejscu przjąć naurane założenie, iż jakość wod opuszczającej sację uzdaniania parz podrozdział..), sanowiąca wejście do SDWP spełnia wszskie powższe wmagania. Naomias jej urzmanie w samm SDWP

51 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe jes poważnm probemem, z uwagi na szereg cznników mogącch wpłwać na jej pogorszenie. Wśród najważniejszch z nich można wmienić Duzinkiewicz 005): skażenie z zewnąrz SDWP, wpłw maeriałów pozosającch w konakcie z wodą uzdanioną, proces bioogiczne i fizkochemiczne. Wbór odpowiednich maeriałów oraz odpowiednie procedur prac sosowane w SDWP mają podsawowe znaczenie da minimaizowania możiwości wpłwu dwóch pierwszch cznników. Naomias cznnik rzeci, a więc proces bioogiczne i fizkochemiczne zachodzące w SDWP, mogą prowadzić do pojawienia się probemów naur zdrowonej rozwój okreśonch bakerii paogennch), esecznch smak i zapach wod) oraz echnicznch korozja maeriałów skającch się z wodą). Zasadnicz wpłw na e proces ma czas przez jaki woda przebwa w SDWP zanim dorze do odbiorc. Uszczegóławiając, rurociągi i zbiorniki SDWP sanowią złożoną sieć reakorów chemicznch i bioogicznch, kóre mogą znacząco zmienić jakość wod zarówno w czasie jak i przesrzeni odegłość od sacji uzdaniania) na drodze do końcowego odbiorc. Jako zdarzenia prowadzące do pogarszania się jakości wod można wskazać Mas 000): gwałowne zmian prędkości wod np. wskuek załączania i włączania pomp), zanieczszczenia poprzez punk nieszczeności bądź połączenia z innmi ssemami, korozję maeriału rurociągów np. żeaza) oraz rozpuszczanie się składników maeriału, z kórego wkonane są rurociągi np. ołowiu i miedzi), zanik deznfekana parz podrozdział.6..) w zbiornikach prz długich czasach przerzmania w nich wod, reakcje deznfekana z subsancjami organicznmi i nieorganicznmi wpłwające na smak i zapach wod oraz prowadzące do powsawania produków ubocznch deznfekcji PUD) parz podrozdział.6..3), ponowne namnażanie się bakerii. Widać zaem, że podczas ransporu wod w SDWP, jej jakość może uegać przemianom w masie objęości) ub w inerakcji za ścianami rurociągów. Przemian e mogą mieć charaker fizczn, chemiczn ub mikrobioogiczn. Przegądow opis ch procesów można znaeźć np. w Mas 000), gdzie zwrócona zosała uwaga na znaczenie da jakości wod nasępującch zagadnień: zmniejszania się iości pozosałej deznfekana, zwiększania się iości PUD, pojawiania się produków korozji maeriałów wkorzswanch w SDWP,

52 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe powsawania biowarsw na ściankach rurociągów i zbiorników. Reasumując można powiedzieć, iż podsawowmi cznnikami wpłwającmi na jakość wod w SDWP są Duzinkiewicz 005): jakość wod opuszczającej sację uzdaniania, maeriał i san przede wszskim rurociągów i zbiorników, iość czasu, przez kór woda przebwa w SDWP czas przerzmania). Uwzgędniając wżej opisaną możiwość pogarszania się jakości wod w SDWP wnikającą zarówno z czasu przerzmania wod jak i odegłości od sacji uzdaniania, pojawia się ewenuana, naurana porzeba wórnego uzdaniania wod wewnąrz SDWP. Proces en odbwa się w sacjach wórnego uzdaniania parz podrozdział.3.7). Da dopełnienia obrazu zagadnienia jakości wod w SDWP naeż jeszcze zwrócić uwagę na pomiar wiekości charakerzującch jakość. powe pomiar wnikają wpros z ww. Rozporządzenia Minisra Zdrowia. Innmi słow, pomiarom podegają wiekości sanowiące wskaźniki paramer) jakości wod w SDWP. Ze swojej naur wiee z nich, do okreśenia ich warości, wmaga odpowiednich cznności aboraorjnch np. okreśenie iczb bakerii). ego pu pomiar, nazwane aboraorjnmi, choć niezwke ważne, z uwagi na powższą cechę nie mają zasosowania w bieżącm serowaniu i moniorowaniu w SDWP. Zasosowanie o znajdują pomiar wskaźników jakości wod, kóre mogą bć dokonwane on-ine. Do akich wskaźników naeż np. sężenie deznfekana. Jak już wspomniano parz podrozdział.3. i.3.4), pomiar wskaźników jakości dokonwane są powo w SDWP w węzłach i w zbiornikach. Uwzgędniając dasze rozważania zaware w niniejszej rozprawie niniejszm auor wprowadza pojęcie punku pomiarowego, jako miejsca w SDWP, w kórm zosało uokowane urządzenie do pomiaru przjęego w rozprawie wskaźnika jakości wod..6.. Deznfekcja wod Jak już wspomniano parz podrozdział..), cechą wspóną prakcznie każdego procesu uzdaniania wod jes wsępowanie w osanim jego eapie deznfekcji wod. Ogónie można powiedzieć, że deznfekcja wod oznacza usuwanie, deakwację ub zniszczenie mikroorganizmów chorobowórczch. Zaem, podczas procesu deznfekcji mikroorganizm są niszczone ub deakwowane, co hamuje ich wzros oraz reprodukcję. Innmi słow, można swierdzić, iż deznfekcja wod jes niezbędna da zapewnienia odpowiedniej jakości bakerioogicznej wod w SDWP Duzinkiewicz 005). Waro zauważć, iż subsancje

53 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe sosowane podczas deznfekcji, zwane deznfekanami, są jednocześnie ueniaczami. Do najczęściej sosowanch naeżą Nawrocki i Biłozor 000; Farren 003; Duzinkiewicz 005): Chor - jes hisorcznie pierwszm ueniaczem zasosowanm do deznfekcji wod. Jego wprowadzenie w zasadnicz sposób obniżło iczbę zachorowań na chorob zakaźne przenoszone przez skażoną wodę. Pomimo swoich wad powsawanie PUD - parz podrozdział.6..3) sosowanie choru jako deznfekana jes nada najbardziej popuarną meodą deznfekcji wod w SDWP. Wnika o przede wszskim z ekonomii - chor jes najbardziej rozpowszechnionm z deznfekanów, przez co i najańszm. Choramin - charakerzują się dużą rwałością jako deznfekan i brakiem probemów ze smakiem i zapachem wod. Główną wadą prz ich sosowaniu w porównaniu z chorem) jes konieczność zapewnienia bardzo dużch warości C sężenie * czas konaku) w ceu uzskania pożądanej efekwności deznfekcji. Dwuenek choru - charakerzuje się dużą rwałością jako deznfekan i brakiem reagowania z maerią organiczną w wodzie. Główną wadą prz jego sosowaniu w porównaniu z chorem) jes znaczn kosz. Ozon - jes bardzo sinm, aczkowiek niesabinm chemicznie deznfekanem - sąd jego sosowanie prakcznie jednie w sacjach uzdaniania nie jes wkorzswan w deznfekcji wórnej). Główną wadą prz jego sosowaniu w porównaniu z chorem) jes powsawanie okscznch PUD. Waro jeszcze zauważć, iż oceniając ueniacz jako środek deznfekcji wod, naeż mieć na uwadze nasępujące jego cech Kowa i Świderska-Bróż 996): poencjał ueniając deznfekana - im większ, m większa jes jego zdoność do ueniania domieszek ub zanieczszczeń organicznch i nieorganicznch zawarch w wodzie; poencjał ueniając nie odpowiada sie bakeriobójczej środka; ww. deznfekan ueniacze) można uszeregować według maejącej sił ueniania w nasępując sposób: ozon > dwuenek choru > chor > choramin zdoność deznfekcjna deznfekana - zaeż nie ko od poencjału redukcjnego ecz również od zdoności deznfekana do peneracji przez błonę komórkową niszczonego organizmu i jego sił desrukcji; ww. deznfekan ueniacze) można uszeregować według maejącej zdoności deznfekcjnej w nasępując sposób: ozon > dwuenek choru > chor > choramin - 5 -

54 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe sabiność deznfekana - okreśa brak reakwności deznfekana ze składnikami wod innmi niż drobnousroje; ww. deznfekan ueniacze) można uszeregować według maejącej sabiności deznfekcjnej w nasępując sposób: choramin > dwuenek choru > chor > ozon Reasumując, przez uenianie reaizuje się nasępujące cee w SDWP Duzinkiewicz 005): usuwanie żeaza i manganu, usuwanie siarkowodoru i siarczków, usuwanie subsancji odpowiedzianch za barwę, smak i zapach wod, unieszkodiwianie fio- i zoopankonu, desrukcja maerii organicznej zawarej w wodzie surowej, desabiizacja kooidów, deznfekcja końcowa. Uwzgędniając cech poszczegónch deznfekanów oraz wnikające z nich aspek prakczne, w niniejszej rozprawie przjmuje się do daszch rozważań założenie, iż w danm SDWP proces deznfekcji odbwa się z wkorzsaniem choru. Innmi słow, deznfekanem rozważanm w rozprawie jes chor. Waro jeszcze zwrócić uwagę na nauran aspek wnikając z prowadzonch do ej por rozważań doczącch jakości wod w SDWP. Mianowicie warość sężenia deznfekana w danm SDWP nie może przekroczć jego warości wprowadzonej do ego SDWP..6.. Wskaźniki jakości wod Jak już wspomniano parz podrozdział.6.), jakość wod w SDWP okreśają jej paramer - wskaźniki jakości. W daszej części niniejszej rozpraw rozważa się jeden z powo sosowanch w SDWP wskaźników jakości, kórm jes sężenie deznfekana. Urzmanie odpowiedniego sężenia deznfekana w wodzie chroni ją przed skażeniem bakerioogicznm. Innmi słow, odpowiedni poziom sężenia deznfekana pozwaa na zachowanie norm nakładanch na paramer bakerioogiczne, przez co na zagwaranowanie bezpieczeńswa bakerioogicznego w SDWP parz podrozdział.6.). Jak już wskazano w poprzednim podrozdziae, przjęm do daszch rozważań deznfekanem jes chor. Zaem, w daszej części niniejszej rozpraw jakość wod rozumiana jes przez przma sężenia choru. Waro w m momencie poświęcić nieco miejsca na ogóne przedsawienie procesu chorowania wod. Sam rodzaj i przebieg reakcji chemicznch zachodzącch w wniku chorowania wod zaeż od składu fizczno-chemicznego deznfekowanej wod - 5 -

55 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe Duzinkiewicz 005). Dodan do wod chor nachmias uega dsproporcjonowaniu, dając kwas podchoraw CO), kór nasępnie dsocjuje dosarczając jon podchornow CO - ). Zaem, chor wprowadzon do wod wsępuje w niej w iościach zaeżnch od p i emperaur jako rozpuszczon gaz C ub kwas podchoraw CO ub jon podchornow CO -. Ma o isone znaczenie da zdoności bakeriobójczch choru. Zdoność a spada od posaci C przez CO do CO - Duzinkiewicz 005). Jon podchornow jes około dwa raz mniej skueczn niż kwas podchoraw. Z drugiej jednak sron, CO ławiej wchodzi w reakcje z maerią organiczną, dając PUD parz podrozdział.6..3). a reakwność choru powoduje, iż wchodzi on w reakcję z domieszkami wod, uegając nasępującm przekszałceniom Nawrocki i Biłozor 000): Część choru przereagowuje z nieorganicznmi redukorami obecnmi w wodzie żeazo, mangan, siarka), redukując się do chorków; Część choru głównie w posaci kwasu podchorawego) w wodzie zawierającej azo organiczn azo amonow) reaguje z jonami amonowmi, dając choramin posiadające własności bakeriobójcze, ae mniejsze niż chorowe subsra reakcji. Rodzaj powsającch choramin zaeż od sosunku sężenia choru do azou amonowego a więc prakcznie od dawki choru), warości p, zasadowości i emperaur wod. a część produków chorowania, jaka wsępuje w posaci choramin, okreśana jes mianem choru związanego. Zwiększanie dawki choru w sosunku do sężenia azou amonowego powżej warości 4,4: powoduje uenianie choramin do azou gazowego. Proces en kończ się prz warości ego sosunku 7,34: i w wodzie pojawia się won chor; Część przereagowuje z organicznmi subsancjami obecnmi w wodzie, generując PUD, akie jak M np. choroform), kwas choroorganiczne i wiee innch; Część zuża zosaje na uenianie bromków jeżei akie znajdują się w wodzie) do kwasu podbromawego ub jonu podbrominowego, w zaeżności od warości p, kór może daej reagować z maerią organiczną, dając w efekcie koejne PUD, akie jak np. bromoform; Pozosała część choru ma znaczenie deznfekcjne - a część choru odpowiada za deznfekcję wod i urzmanie efeku deznfekcjnego w SDWP; okreśa się ją zwke jako pozosał chor ogón. Pozosał chor ogón może wsępować w wodzie jako Nawrocki i Biłozor 000): pozosał chor won w posaci choru cząseczkowego, kwasu podchorawego i jonów podchornowch,

56 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe pozosał chor związan w posaci choramin, zarówno nieorganicznch jak i organicznch. Obie powższe posaci choru pozosałego mogą wsępować w wodzie równocześnie. Waro podkreśić, iż usaenie posaci choru pozosałego jes bardzo ważne zarówno ze wzgędu na przebieg i efek deznfekcji wod, jak również ze wzgędu na właściwości organoepczne wod. Dodakowo waro zauważć, iż iość choru, jaka jes porzebna na pokrcie wszskich procesów zużwającch chor do momenu pojawienia się w wodzie pozosałego choru ogónego, nazwa się zaporzebowaniem wod na chor Nawrocki i Biłozor 000). W m miejscu uszczegółowienia wmaga nasępująca kwesia, mianowicie posługiwanie się w daszej części rozpraw nazewnicwem sężenie choru odnosi się de faco do sężenia pozosałego choru wonego. Na zakończenie niniejszego podrozdziału waro jeszcze przoczć dopuszczane w Posce warości norm) da sężenia pozosałego choru wonego w wodzie. Mianowicie Dz. U., Nr 6, poz. 47 z dn r.): pozosał chor won - norma od 0 do 0,3 [mg/]. Powższe wskazuje, iż obecne ureguowania nie nakładają donej, wmaganej warości da sężenia choru w wodzie w SDWP warość zerowa jes warością nauraną). Jednakże, waro w m miejscu zauważć, iż urzmanie warości sężenia choru na poziomie 0,05 [mg/] prakcznie gwaranuje brak w wodzie bakerii escherichia coi, a więc spełnienie w m zakresie wmagań nakładanch przez Rozporządzeniu Minisra Zdrowia Dz. U., Nr 6, poz. 47 z dn r.) Produk uboczne deznfekcji Definiując jakość wod poprzez wskaźnik w posaci sężenia deznfekana w niniejszej rozprawie poprzez sężenie choru) nie sposób nie wspomnieć o produkach ubocznch deznfekcji. Innmi słow, w procesie chorowania wod powsają produk uboczne deznfekcji, przede wszskim w posaci chorowch i bromowch produków ubocznch Marhaba 000). Ogónie pod pojęciem PUD krje się duża iość związków powsającch pod wpłwem choru z subsancji organicznch. Związki e powsają w niewiekich iościach, ae ze wzgędu na swój charaker: oksczn, muagenn ub kancerogenn, powinn bć brane pod uwagę w ocenie jakości wod pinej. W ieraurze doczącej PUD wróżnia się przede wszskim grupę związków, pochodnch meanu, nazwanch rihaomeanami M). Sanowią one od 5 do 0% wszskich PUD Gofinopouos i inni 998). Zaicza się do nich: dichorobromoform, chorodibromoform, bromoform, richoromean choroform)

57 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe oraz dichorobromomean, dibromochoromean i ribromomean Gofinopouos i inni 998; Gaard i von Gunen 00; Farren 003; Dz. U., Nr 6, poz. 47 z dn r.). W związku z fakem, iż choroform, główn przedsawicie ej grup, zaiczon zosał przez Świaową Organizację Zdrowia do grup związków kancerogennch da człowieka i ponieważ wsępowanie M w wodzie chorowanej okazało się powszechne, usaono maksmane dopuszczane sężenia M w wodzie pinej Duzinkiewicz 005). W Posce dopuszczane warości norm) da sężenia M przedsawiają się nasępująco Dz. U., Nr 6, poz. 47 z dn r.): ΣM richoromean, dichorobromomean, dibromochoromean i ribromomean) - norma do 00 [μg/] z zasrzeżeniem, iż w miarę możiwości bez ujemnego wpłwu na deznfekcję, powinno dążć się do osiągnięcia niższej warości, richoromean choroform) - norma do 0,030 [mg/]. Oprócz M innmi powmi PUD są Nawrocki i Biłozor 000; Kampioi i Sephanou 00; Farren 003): haoaceonire AN), kwas haoorganiczne/haoocowe AA), haoadehd, haokeon K), chorofenoe, choropikrna CP) i inne. Duże zaineresowanie wsępowaniem M i niekórch innch PUD w wodzie pinej znajduje odzwierciedenie w iczbie pubikacji wników badań prowadzonch w m zakresie. Przkładowo, oprócz wżej wmienionch pozcji prezenującch nie ko same mechanizm powsawania PUD, ae również np. meod ich redukcji Farren 003) waro wskazać np. pubikacje Cark 998; Boccei i inni 003), w kórch auorz zaprezenowai mode formowania M w wodzie w SDWP. Jak widać, z powższego opisu zagadnienie uwzgędniania PUD w moniorowaniu jakości wod w powiązaniu z modeowaniem i esmacją np. M) sanowi samo w sobie poważne wzwanie badawcze, wkraczające poza ram niniejszej rozpraw. m niemniej waro wspomnieć, iż w zainicjowanm w grudniu 008 roku europejskim projekcie badawczm p.: Ineigen Monioring, Conro and Securi of Criica Infrasrucure Ssems - IneiCIS Memorandum of Undersanding 008) zagadnienie o sanowi jedno z zadań sojącch przed jedną z grup roboczch ego projeku Working Group 4: eah Monioring and Conro of Waer Ssems). Pracownic Kaedr Inżnierii Ssemów Serowania, w ramach kórej powsała niniejsza rozprawa, biorą cznn udział w m projekcie

58 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe.7 Moniorowanie hdrauiki i jakości wod w SDWP Jak już niejednokronie wspomniano w niniejszm rozdziae, podsawowm zadaniem SDWP jes dosarczenie do odbiorców w okreśonm czasie żądanej iości wod o odpowiedniej jakości. Ab spełnić o zadanie proces dsrbucji wod pinej powinien bć prowadzon prz wkorzsaniu odpowiedniego ssemu serowania. Uwzgędniając fak isnienia powiązania pomiędz hdrauiką i jakością wod pinej parz podrozdział.6) aki ssem serowania powinien generować serowania zarówno hdrauiką jak i jakością wod. Można zaem powiedzieć, iż dsrbucja wod pinej powinna bć prowadzona prz wkorzsaniu zinegrowanego ssemu serowania. Innmi słow, powinno zosać wkorzsane zinegrowane serowanie hdrauiką i jakością wod pinej. Dodakowo, uwzgędniając cznnik ekonomiczn, serowanie o powinno minimaizować kosz prowadzenia procesu dsrbucji wod. Ssemem serowania spełniającm powższe jes dwuwarswowa hierarchiczna srukura serowania Brds i inni 000; Brds i inni 00). Niemniej jednak, ab ssem en mógł generować efekwne i odpowiednie serowania, porzebuje on informacji o sanie SDWP. Informacji ej dosarcza ssem moniorowania. W związku z koniecznością uwzgędniania dwóch aspeków w SDWP j. hdrauiki i jakości wod można powiedzieć, iż również ssem moniorowania składa się z dwóch części, a mianowicie części związanej z moniorowaniem hdrauiki i z części odpowiedzianej za moniorowanie jakości. Poniżej scharakerzowano oba zagadnienia: Moniorowanie hdrauiki w SDWP - jego głównm zadaniem jes dosarczenie informacji o sanie hdrauiki SDWP. Informacje e, o przede wszskim warości: naężenia przepłwów wod przez rurociągi, poziom user wod w zbiornikach oraz ciśnienia w węzłach SDWP. Nauranie, ideaną suacją błob, ab pełna informacja o hdrauice pełne rozwiązanie hdrauiki) pochodziła z urządzeń do pomiaru ww. wiekości hdrauicznch. Jednakże, w związku z dużą iczbą rurociągów i węzłów, nawe w niewiekim SDWP, zainsaowanie urządzeń do pomiaru ciśnień we wszskich węzłach cz eż urządzeń do pomiarów naężeń przepłwów wod w każdm rurociągu jes suacją, kórą właściwie można rozważać jednie eorecznie. Wnika o zarówno z samej opoogii SDWP jak i z powodów ekonomicznch. Innmi słow, kosz zarówno zainsaowania ak znacznej iczb urządzeń jak i daszej ich ekspoaacji błb bardzo duże. Jednm z powch rozwiązań ego probemu jes wkorzsanie narzędzia pozwaającego na oszacowanie warości niemierzonch wiekości hdrauicznch w oparciu o dosępne pomiar. Narzędziem akim jes esmacja. Jednakże, ab możiwe bło przeprowadzenie

59 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe procesu esmacji warości niemierzonch wiekości hdrauicznch w SDWP koniecznm jes posiadania odpowiedniego, da ceów esmacji, modeu hdrauiki SDWP parz podrozdział.5). Dodakowo, w związku z niepewnością wsępującą zarówno we wzorcach zaporzebowania na wodę jak i w dosępnch pomiarach wiekości hdrauicznch niezbędnm jes modeowanie ej niepewności. Opracowanie esmaora hdrauiki można znaeźć np. w Brds i Chen 995). Reasumując, informacja o hdrauice w danm SDWP składa się z pomiarów oraz esma wiekości hdrauicznch. Zagadnienie pozskiwania warości wiekości hdrauicznch, da porzeb niniejszej rozpraw, przedsawione zosało w podrozdziae Moniorowanie jakości wod w SDWP - jego głównm zadaniem jes dosarczenie informacji o sanie jakości wod w SDWP. W związku z przjęm w rozprawie wskaźnikiem jakości wod parz podrozdział.6..) informacja o sanie jakości o informacja o warościach sężeń choru. Z prakcznego punku widzenia isone znaczenia ma znajomość sężeń choru w węzłach oraz w zbiornikach SDWP. Prowadząc anaogiczne rozważania do przedsawionch da aspeku moniorowania hdrauiki można wciągnąć anaogiczne wnioski. Innmi słow, okazuje się iż uokowanie urządzeń do pomiaru sężenia choru w każdm węźe i w każdm zbiorniku SDWP jes prakcznie niereane. Pojawia się zaem porzeba wkorzsania esmacji - m razem esmacji jakości wod pinej sężenia choru). Moniorowanie jakości wod pinej, a więc opracowanie ssemu dosarczającego jak najpełniejszej i jak najdokładniejszej informacji o jakości wod pinej w całm SDWP jes de faco ogónm sformułowaniem ceu niniejszej rozpraw. Zaem, w koejnch rozdziałach rozpraw przedsawiono: modeowanie jakości wod pinej zakończone opracowaniem modeu jakości wod pinej w SDWP da ceów esmacji, modeowanie niepewności zakończone wborem modeu niepewności, probem esmacji jakości wod pinej zakończon opracowaniem esmaora jakości wod pinej w SDWP, probem aokacji dosępnej iczb urządzeń do pomiaru sężenia choru zakończon opracowaniem agormów aokacji punków moniorowania jakości wod pinej w SDWP. Reasumując, poprzez opracowanie odpowiedniego modeu jakości wod pinej w SDWP, prz uwzgędnieniu wsępującej niepewności oraz jak najepszm rozmieszczeniu dosępnej iczb urządzeń pomiarowch, w procesie esmacji

60 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe z wkorzsaniem opracowanego esmaora uzskana zosanie jak najdokładniejsza informacja o jakości wod pinej w całm SDWP. Dodakowm ceem sawianm w rozprawie jes o, ab opracowana meoda esmacji jakości wod pinej w SDWP bła efekwna. Innmi słow, wmaga się, ab opracowana meoda esmacji mogła mieć zasosowanie w ssemie moniorowania on-ine. Waro podkreśić, iż sam proces aokacji urządzeń pomiarowch posrzegan jes jako zadanie projekowe, zaem czas nie odgrwa uaj ak znaczącej roi. Niemniej jednak, projekując esmaor jakości wod w rozprawie posawiono ce, ab bło o narzędzie również efekwne, dzięki czemu może ono mieć zasosowanie nie ko prz rozwiązaniu probemu aokacji urządzeń pomiarowch, ae również w samm ssemie moniorowania jakości on-ine. Waro jeszcze podkreśić, iż w związku z wskazaną w podrozdziae.6 reacją pomiędz hdrauiką i jakością wod w SDWP nauranm jes, iż pełen ssem moniorowania jes ssemem kaskadowm. Innmi słow, moniorowanie jakości wod wmaga wiedz o hdrauice. Zaem, zauważane jes anaogiczne powiązanie ssemów moniorowania do powiązania pomiędz hdrauiką i jakością wod pinej. W ceu zwiększenia przejrzsości rozważań przedsawionch w niniejszm podrozdziae na rsunku.0 przedsawiono wzajemne powiązania w SDWP pomiędz ssemem moniorowania i zinegrowanm ssemem serowania

61 ROZDZIAŁ : Ssem wodociągowe SEROWANIA YDRAULIKĄ I JAKOŚCIĄ WODY ZINEGROWANY SYSEM SEROWANIA YDRAULIKĄ I JAKOŚCIĄ WODY INFORMACJE O SANIE YDRAULIKI INFORMACJE O SANIE JAKOŚCI WODY MONIOROWANIE YDRAULIKI MONIOROWANIE JAKOŚCI WODY SYSEM DYSRYBUCJI WODY PINEJ SDWP) Rsunek.0 Ogón schema moniorowania i serowania w SDWP.8 Smuaor SDWP Na podsawie rozważań zawarch w niniejszm rozdziae, można swierdzić, iż efekwne i właściwe spełnienie podsawowego zadania SDWP wmaga, ogónie mówiąc, wiedz o m ssemie. Źródłami ej wiedz są przede wszskim: eksperci dziedzinowi oraz operaorz SDWP, wniki przeprowadzonch badań i ekspermenów, hisoria SDWP, właściwe narzędzia i agorm pozwaające na przewidwanie zachowania się SDWP. Rozważając biżej osanie ze wskazanch źródeł, nauranm jes fak dążenia do posiadania odpowiednich modei SDWP, w oparciu o kóre, prz uwzgędnieniu ceów i ograniczeń można opracowwać, a nasępnie wdrażać odpowiednie meod serowania i moniorowania. Zazwczaj pierwszm krokiem akiego działania jes smuacja, kórej wniki w pierwszej