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
Postup práce (úpravy dat):
• 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
Postup práce (úpravy dat):
• 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
Postup práce (úpravy dat):
•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
Postup práce (výsledky analýzy):
- 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
Postup práce (výsledky analýzy):
- 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
Postup práce (výsledky analýzy):
- 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
41
,2
0
1
2
3
4
5
6
1923 - 1930 1931 - 1950 1951 - 1970 1971 - 1985 1986 - 1997
Třídy roku uvedení potrubí do provozu
Po
ruch
ov
ost
(p
oče
t p
oru
ch p
ro f
akto
r m
ate
riál
/km
)
Litina
Ocel
PolyEthylen
PVC
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.
Výsledky poruchovosti potrubí:
Vliv materiálu potrubí a poklesů na poruchovost potrubí
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0 - mimo 0 - 5 cm 5 - 10 cm 10 - 20 cm 20 - 30 cm 30 - 70 cm
Třídy poklesových pásem
Po
ruc
ho
vo
st
(po
če
t p
oru
ch
pro
fa
kto
r p
ok
les
y/k
m)
Litina
Ocel
PolyEthylen
PVC
• 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.
Výsledky poruchovosti potrubí:
Vliv materiálu a silniční zátěže na poruchovost potrubí
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
mimo evid. zátěž do 5 000 5 001 - 10 000 10 001 - 15 000 15 001 - 41 180
Třídy silniční zátěže
Po
ruch
ov
ost
(p
oče
t p
oru
ch p
ro f
akto
r si
lnic
e/k
m)
Litina
Ocel
PolyEthylen
PVC
• 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
