Studie vlivu více faktorů na poruchovost vodovodní sítě na území Ostravy

transcript

Studie vlivu více faktorů na poruchovost Studie vlivu více faktorů na poruchovost vodovodní sítě na území Ostravyvodovodní sítě na území Ostravy

Vedoucí diplomové práce: Ing. Jan Růžička

Název DP:

Javorek Michal

Cíle projektu :

• Zhodnocení vlivu více faktorů na poruchovost vodovodní sítě (hlavních a zásobovacích řadů OVaKu a.s.)

• Sledované faktory:

• stáří vodovodního potrubí

• materiál vodovodního potrubí

• poklesy způsobené poddolováním

• zátěž způsobená silniční dopravou

Postup projektu :

• úprava a zpracování dat

(úprava dat pro účely multivariačních analýz)

• analýza vlivu faktorů na poruchovost vodovodní sítě

(regresní analýza a analýza rozptylu)

Zdroje dat:

• Vrstva vodovodní sítě 1. řadu (červen 2001)

• Vrstva poruch vodovodní sítě (za období 1998 - 2000)

• Vrstva uliční sítě města Ostravy (stav ke konci roku 1999)

• Schémata zatížení silniční sítě dopravou (za roky 1998, 1999, 2000)

• Tabulka zkratek a termínů používaných v OVaKu, tab. ZIS

• Archiv OVaKu a.s.

• Izolinie poklesů (přibližné období poklesů r. 1985 - 1995)

Postup práce (úpravy dat):• Přiřazení roku uvedení potrubí do provozu

- uveden u 1 970 úseků potrubí o délce 93,1 km (8,75 %)

- vyhledán v archivu (přiřazeno 4979 úsekům (34,9 %) délky 385,9 km)

• Rozšíření vrstvy zátěže silnic dopravou

- úprava a přidání hodnot zátěže za r.1998 a 2000

- výpočet průměrného zatížení dopravou za období (1998 - 2000)

• Přiřazení hodnot průměrné zátěže silnic vrstvě vod. sítě

- vytvoření obalových zón kolem silnic (30 m pásmo)

- vyřešení jejich překrytu (v průnicích)

- následné přiřazení hodnot zátěže vrstvě vod. sítě

Postup práce (úpravy dat):

Obalové zóny dopravní zátěže kolem silničních úseků

• Přiřazení hodnot silniční zátěže vrstvě vod. sítě

- po konzultaci s Ing. Datinským použit následující postup

Typ průniku dopravních zátěžových pásem

Výsledná hodnota přiřazená potrubí

Průnik 2 pásem maximální hodnota

suma zátěží/2 (pokud je větší než maximální hodnota z jednotlivých pásem)maximální hodnota (pokud je větší než výpočet suma zátěží/2)

Průnik 3 a více pásem

• Přiřazení hodnot velikostí poklesů vrstvě vod. sítě

- přibližné období poklesů r. 1985 – 1995

• Výpočet délkových poruchovostí pro jednotlivé části potrubí

- počet poruch (vybraných typů) na kilometr délky potrubí

•Výběr vzorku potrubí pro analýzu

- z důvodu neúplnosti atributů stáří potrubí a druhu materiálu byl vzorek pro analýzu omezen na 402.3 km potrubí (37.7 %)

- pro analýzu použito potrubí starší roku 1997 včetně

- vzorek potrubí pro analýzu představuje 361,5 km potrubí (34 % z celkové délky sítě)

Vodovodní síť (hlavní a zásobovací řady)

Poklesová pásma na území Ostravy

Slezská OstravaPoruba

Svinov

Ostrava-jih

Stará Bì láHrabová

Polanka nad Odrou

Nová Bì lá

Plesná

Radvanice a Bartovice

Vítkovice

Moravská Ostrava a Pøívoz

Krásné PoleMartinov

Hošálkovice

Petøkovice

Proskovice

Nová Ves

Lhotka

TøeboviceMariánské Hory

a Hulváky Michálkovice

Pustkovec

0 1 2 3 4 5 Km

Mì stské obvody

Poklesová pásma0 - 5 cm5 - 10 cm10 - 20 cm20 - 30 cmod 30 cmS

Grafická pøíloha è.2

Oblasti evidované silniční zátěže

Slezská OstravaPoruba

Svinov

Ostrava-jih

Stará Bì láHrabová

Polanka nad Odrou

Nová Bì lá

Plesná

Radvanice a Bartovice

Vítkovice

Moravská Ostrava a PøívozKrásné Pole

Martinov

Hošálkovice

Petøkovice

Proskovice

Nová Ves

Lhotka

Tøebovice

Mariánské Hory a Hulváky

Michálkovice

Pustkovec

S0 1 2 3 4 5 Km

Mì stské obvody

Oblast evidované silnièní zátì že

Popis analýz :

• Regresní analýza

- nalezení závislosti mezi studovanou vysvětlovanou veličinou Y (poruchovostí potrubí) a deterministicky určenými vysvětlujícími veličinami (sledovanými faktory)

Lineární model: Y = 0 + 1 X1+ 2 X2+ 3 X3+ … + k Xk +

• Analýza rozptylu

- rozdělení vzorku do tříd (dle sledovaných faktorů) a posouzení meziskupinové a vnitroskupinové variability hodnot poruchovosti potrubí.

- posouzení homogenity tříd (H0: μ1= μ2= μ3 ... = μ0)

Výsledky regresní analýzy

• Lineární regresní model:

Poruchovost = 101,07 +

+ 0,498*M_LT + 0,353*M_OC - 0,025*M_PE + 0,227*M_PVC + 2,236*M_SKL +

+ 0,115*M_TLIT + 0,227*M_TLITC +

+ 0,488*pokl_mimo + 0,391*pokl_0_5_cm + 1,033*pokl_5_10_cm +

+ 1,845*pokl_10_20_cm + 0,279*pokl_20_30_cm + 0,132*pokl_30_70_cm –

- 0,000035*SILNIČNÍ_ZATĚŽ - 0,051* Rok_uvedení_do_provozu

Index determinace = 1,62 % (1,28 % popisuje faktor stáří potrubí)

- Model vystihuje 1,62 % poruchovosti potrubí (nelineární modely nejsou rovněž

vhodné – velké rozptyly hodnot poruchovosti u potrubí se stejnými hodnotami faktorů)

- Nelze určit rizikovost potrubí vzhledem ke sledovaným faktorům (nevěrohodné),

rizikovost dána přímo poruchovostí potrubí

Další faktory mající vliv na poruchovost potrubí:

- vliv prostředí, ve kterém je potrubí uloženo

- pH vody a koncentrace kyslíku v ní (vnitřní koroze, inkrustace potrubí)

- tlak v potrubí, resp. změny tlaku

- bludné proudy

- kvalita kladečských prací

- typy a kvalita spojů potrubí

- hloubka uložení potrubí

- železniční doprava

Postup práce (výsledky analýzy):

• Analýza rozptylu: provedena v programu STATGRAPHICS

- prokázán statisticky významný vliv faktoru stáří a také poklesů na poruchovost potrubí.

• Dále byly jednotlivé faktory rozdělené do třídy posuzovány v programu MS Access

- rozdělení potrubí do tříd dle roku uvedení potrubí do provozu

Průměrná poruchovost [počet poruch pro faktor stáří / km]

1923 - 1930 101 7,7591931 - 1950 218 5,311951 - 1970 1296 6,3171971 - 1985 1780 2,4891986 - 1997 2331 1,312

Třídy roků uvedení potrubí do provozu

Počet částí potrubí

- rozdělení potrubí do tříd dle druhu materiálu potrubíPrůměrná poruchovost [počet poruch pro faktor materiál / km]

Litina 1890 1,896Ocel 599 1,661PolyEthylen 151 0,566PolyVinylChlorid 2910 0,699Sklolaminát 23 2,059Tvárná litina 133 0Tvárná litina cementovaná 20 0

MateriálPočet částí

potrubí

- rozdělení potrubí do tříd dle velikosti poklesových pásem

Průměrná poruchovost[počet poruch pro faktor poklesy_silnice / km]

0 - mimo 3587 0,8670 - 5 cm 1056 1,095 - 10 cm 451 1,89410 - 20 cm 426 2,67120 - 30 cm 131 0,85330 - 70 cm 75 0,698

Třídy poklesových pásemPočet částí

potrubí

- rozdělení potrubí do tříd dle evidované silniční zátěžePrůměrná poruchovost[počet poruch pro faktor poklesy_silnice / km]

mimo evid. zátěž 4479 1,152do 5 000 449 0,812

5 001 - 10 000 367 1,32410 001 - 15 000 252 1,6215 001 - 41 180 179 0

Třídy silničních zátěžíPočet částí

potrubí

Výsledky poruchovosti potrubí:

Vliv stáří a druhu materiálu na poruchovost potrubí

1923 - 1930 1931 - 1950 1951 - 1970 1971 - 1985 1986 - 1997

Třídy roku uvedení potrubí do provozu

Litina

PolyEthylen

Sklolaminát

• U poruchovosti potrubí rozdělených dle druhu materiálu je patrna přímá závislost na stáří potrubí, nejlépe je tato tendence pozorovatelná u litiny a PVC.

• Sklolaminátové potrubí má poměrně velkou poruchovost vzhledem ke svému stáří (tato poruchovost je však způsobena pouze jedinou poruchou).

• Nejporuchovější ocelové potrubí pochází z období r. 1951 - 1970. Nejstarší a nejnovější sledované ocelové potrubí nebylo v období r.1998 – 2000 poroucháno vůbec.

Vliv materiálu potrubí a poklesů na poruchovost potrubí

0 - mimo 0 - 5 cm 5 - 10 cm 10 - 20 cm 20 - 30 cm 30 - 70 cm

Třídy poklesových pásem

Litina

PolyEthylen

• V okrajových oblastech poklesových kotlin je patrný výrazný nárůst poruchovosti potrubí u všech základních materiálů.

• Největší nárůst poruchovosti je patrný u ocelového potrubí, které je vzhledem ke svařovaným spojům i přes svou pružnost náchylnější na deformace terénu.

Teorie poklesových kotlin:

• Okrajové oblasti poklesových kotlin - nejhorší vývoj poklesů z hlediska namáhání potrubí uložených pod povrchem.

• Vnitřní (uklidněné) části poklesových kotlin – zhruba stejná hloubka poklesů, kde nedochází k výrazným deformacím a namáhání potrubí.

Vliv materiálu a silniční zátěže na poruchovost potrubí

mimo evid. zátěž do 5 000 5 001 - 10 000 10 001 - 15 000 15 001 - 41 180

Třídy silniční zátěže

Litina

PolyEthylen

• Viditelný nárůst poruchovosti byl zjištěn pouze u litinového a ocelového potrubí a to u středně frekventovaných silničních úseků.

• Tento nárůst je nejspíše způsoben kvalitou těchto komunikací (jejich špatnou údržbou), způsobem uložení potrubí (překop), zimní údržbou (solením silnic - ocel).

Závěr:

• Výrazný vliv na poruchovost potrubí mají kromě faktoru druhu materiálu také faktory poklesů a stáří.

• Vliv silniční zátěže byl prokázán ve dvojrozměrné analýze, kde tento faktor nepříznivě působí pouze na litinová a ocelová potrubí.

• Vliv poklesů se projevil zvláště v okrajových částech poklesových kotlin u všech starších potrubí, které prošly nejhorším vývojem poklesů.

• Relativně největší účinek poklesů se projevil u ocelového potrubí.

• U nového a perspektivního materiálu - sklolaminátu byla zjištěna poměrně velká poruchovost oproti ostatním materiálům ze stejné doby (více než dvojnásobná). Tato poruchovost je vzhledem k malé délce sklolaminátového potrubí způsobena pouze jedinou poruchou.

Použitá literatura:• Dvořák P.: Vliv poruch rozváděcích řadů na spolehlivost vodovodních sítí, disertační práce, VUT Brno – Strojní fakulta, 2000, 118 str.

• Hebák P. - Hustopecký J.: Vícerozměrné statistické metody s aplikacemi, SNTL a n.p. Alfa, 1987, 452 str.

• Hebák P.: Úvod do regrese. SPN Praha, 1971, 91 str.

• Schejbal C.: Úvod do geostatistiky, 1. vydání, VŠB – TU Ostrava, 52 str., ISBN 80-7078-325-7.

• Neset K.: Vlivy poddolování (Důlní měřičství IV), 1. vydání, Praha: Nakladatelství technické literatury, n.p., 1984, 344 str., ISBN 04-406-84

• Bradáč J.: Účinky poddolování a ochrana objektu I a II díl, 1. vydání, Ostrava: Dům techniky Ostrava, 1996, 303 str., ISBN 80-02-01276-3

• Vitásek K - Neset K.: Vlivy poddolování (nauka o důlních škodách), 1. vydání, Ostrava: Ediční středisko VŠB, 1963, 230 str.

• Pěkník J.: Kontinuální sledování deformací a namáhání podzemních potrubních sítí jako opatření ke zvýšení bezpečnosti jejich provozu na poddolovaném území, zpráva č.200, Ostrava-Radvanice:Vědeckovýzkumný uhelný ústav, 1982, 28 str.

• Intergraph Corporation: Working with GeoMedia Professional, Kanada: Intergraph Corporation, 1998, 354 str.

•Neuwirth A.: Úvod do vodního hospodářství, VŠB – TU Ostrava, 1996, 173 str., ISBN 80-7078-317-6

• Hradil F.: Potrubní systémy, 1. vydání, VŠB – TU Ostrava, 1994, 197 str., ISBN 80-7078-253-6

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost

Studie vlivu více faktorů na poruchovost vodovodní sítě na území Ostravy

Documents