Rekonstrukciós állapotértékelési módszerek. Hálózati állapotfelvétel készítése,

hibastatisztika

Néhány érdekes számadat a nagyvilágból

• Európában 5 milliárd eurót költenek évente vízi közmű rekonstrukcióra ami így is 0,5%-os felújítási arányt képvisel az elvárt 2%-hoz képest

• USA-ban 77 milliárd dollárra becsülik azt az összeget, amit felújítandó vezetékekre kell költeni az elkövetkező húsz évben

• Közmű vagyon kezelése, műszaki és gazdasági szempontból egyaránt optimális felújítása az elmúlt években az egész világon az érdeklődés középpontjába (CARE-W, CARE-S,…)

• Rekonstrukcióra érett vezetékhálózat aránya megközelítően 75%-os, ami mintegy 2000 milliárd Ft-nyi beruházási igényt jelent 2009-es árszinten

A szolgáltatók fő célja és egyben teljesítményük értékelési kritériuma

A hálózatban jelentkező negatív hatásokat a lehető legalacsonyabb költséggel, a még elfogadható szolgáltatási színvonal fenntartása mellett csökkentsék, illetve az ellátás biztonságát növeljék.

Felújításból származó alapvető előnyök

• a hálózati nyomás, amely a rendszer jobb hidraulikai kapacitásából származik,

• fenntartási előny, amely fizikai állapotból következik,

• üzemeltetői előny, amelyet a nagyobb hálózati flexibilitás eredményez,

• a csőcserék következtében javuló vízminőség.

Döntéstámogató módszerek

Típusok:• Egy-, illetve• Többkritériumos(MCDM - Multiple-criteria decision-

making, illetve MCDA - Multiple-criteria decision-aid) rendszerek

Jellemzően a többkritériumos rendszereket szorzószámokkal visszafejtik egykritériumossá. A döntéstámogató rendszereknél fontos a meghibásodások megbízható előrejelzése.

Meghibásodások hatásaiKözvetlenül jelentkezők:• vízhiány,• nyomás csökkenés,• elöntés,• helyreállítási költségekÁttételes, közvetett hátrányok/károk (Ezeket a nehezen számszerűsíthető közvetett hatásokat leginkább kár és más költség szorzókkal veszik figyelembe):• kellemetlenségek, esztétikai jellegű problémák,• a forgalom akadályozása,• közegészségügyi következménye,• Politikai károk.

A vezeték rekonstrukció döntéstámogatásának elvi sémája

Cél a csőcsere gazdaságilag optimális időpontjának meghatározása

Vezetékek élettartam diagramja

3 fő szakasz:A, Üzembe helyezési (beégetési)B, Alacsony meghibásodási rátájúC, Elhasználódási szakasz

Állapotértékelési módszerek csoportosítása

Típusok• Fizikai vizsgálatok• Meghibásodás adatok statisztikai vizsgálata

Fizikai vizsgálatok típusa:• Roncsolásos• Roncsolás mentes

Fizikai vizsgálatok helye szerint• Helyszíni• Laboratóriumi

Fizikai tönkremenetel

ahol:p - belső nyomáspc csőre megengedhető maximális nyomásérték

w - csőre ható külső terhekwc - a cső külső terhekkel szembeni ellenállása

12

cc w

w

p

p

Állapotértékelési módszerek gravitációs vezetékek

• Vizuális vizsgálat• Tükrözés• Víztartáspróba (exfiltráció 2m-es vízoszlopnyomás,

infiltráció)• Füstvizsgálat• Kamera vizsgálatok

• MSZ EN 13508-2:2003: Települések vízelvezetõ rendszereinek állapota. 2. rész: A szemrevételezéses felülvizsgálat kódrendszere,

• MSZ EN 13508-1:2004: Települések vízelvezető rendszereinek állapota. 1. rész: Általános követelmények

Állapotértékelési módszerek• Infravörös képalkotás (talaj hőmérséklet-eloszlásának mintázatából

próbálnak következtetni. A vezeték meghibásodás helyét lehet megmondani, a mértékét viszont nem. A külső hőmérséklet, napszak befolyásolja a sikert. 12 méterig alkalmazható)

• Ultrahang olyan helyen alkalmazható ahol egy mérőkocsi a vezetékbe helyezhető. A vizsgálat lényege, hogy az ultrahang a különböző anyagokban más és más sebességgel terjed, ezért azok határfelületein – ilyenek például a csatornafal anyagának esetleges egyenetlenségein (inhomogenitásain) – visszaverődést szenvedhet.

• Talajradar észleli a csatornafal közelében az üregeket, a nagyobb szikladarabokat, valamint (tömítetlenség esetén) a talaj vizes voltát, de alkalmas betoncsövek hasadásának vizsgálatára is.

Állapotértékelési módszerek nyomás alatti vezetékek

• Nyomáspróba• Körzet zárás, vízveszteség elemzés• Akusztikai vizsgálatok (vezeték anyag, falvastagság,

talajvíz helye, talaj fizikai jellemzői)• Vezetőképességen alapuló vizsgálatok, (fémanyagú

csövek, csövön gerjesztés majd csillapodás és fáziskésés érzékelésével mérés)

• Elektromágneses fluxus szivárgásvizsgálat (méret alak, hely fém anyagú cső)

• Talaj letapogatás

Laboratóriumi vizsgálatokRoncsolásos vizsgálatok • Teherbírás vizsgálatok(éltőrő teher, húzófeszültség),• Alak vizsgálatok (ovalitás)• Mikroszkopikus vizsgálatok (bemaródás)• Porozitás vizsgálatok (vízfelvétel, testsűrűség)• OIT vizsgálat• Oldószeres vizsgálatok• Hőmérséklet változásra alakváltozás• Belső nyomásállóság

Statisztikai kiértékelhetőséghomogén csoportok képzése

Környezeti tényezők vizsgálata (talaj, talajvíz):

– talaj típusa– talajvíz a csőzónában– pH– szulfát,– klorid tartalom– vezetőképesség

Matematikai módszerek

• Regressziós modellek• Sztochasztikus modellek

Jellemzőik:• Érzékenyek a csoportbontásra, homogén csoportokat kell képezni (vezeték

típus, szállított közeg, talaj, talajvíz paraméterek) !!!• Fontos a hálózat nyilvántartások megbízhatósága (meghibásodás, vezeték adat)• A matematikai modellek a meglévő meghibásodás adatokból jeleznek előre,

feltételezve, hogy a jövőbeni meghibásodások alakulása követi a múltbeli szabályszerűséget.

• Valamennyi modellre jellemző, hogy az idő függvényében előrejelzést adnak a meghibásodások várható számára, de a meghibásodások helyéről a vizsgált objektumon belül nem képesek információval szolgálni.

Kád görbe (ROCOF)

A mérnöki rendszerek ebből a szempontból két csoportba, a javítható és az eldobandó rendszerekbe sorolhatók. A 4. ábra a javítható rendszerekhez tartozó kád görbét szemlélteti. Ide tartoznak a vízelosztó hálózatok, illetve azok objektumai is. A javítható rendszerek ismérve, hogy bármely meghibásodás után a kijavított objektum az esemény előtti feladatát újra el tudja látni (Ascher és Feingold 1984).

Regressziós modellek jellemzői

• Az egyváltozós, vagy aggregált és a többváltozós regressziós modellek az idő függvényében számítják a várható csőtörés-számot.

• Az aggregált modellek az öregedés ható tényezőit egy váltózóba sűrítik, míg a többváltozósaknál lehetőség van ezeket hatásuk szerint súlyozottan figyelembe venni.

• A regressziós modellek matematikai egyenletei általában 2-3 paramétert használnak a meghibásodás előrejelzésre.

• A leggyakoribb alapadat a vezeték életkora és a meghibásodás idősora. A paraméterek meghatározásához a vezetékekből homogén csoportokat képeznek.

Regressziós modellek

)(0 )()( gtAetNtN

tktN 0)(

)(tN

)( 0tN

Ag

t

- adott évben a meghibásodás szám (hiba/km)

- építés évében a meghibásodás szám (hiba/km)

- meghibásodás növekedési ráta (év-1)

- a vezeték életkora (év)

- előrejelezni kívánt idő (év)

Lineáris:

Exponenciális:

Regressziós modellek (McMullen, 1982)

ahol:• T: az első meghibásodásig eltelt idő• R: telített talaj ohmikus ellenállása• rp redox potenciál

p0.049r - 6.338pH -0.028R 65.78T

Regressziós modellek (Shamir-Howard , 1979)

Ahol:N(t) - adott évben a meghibásodás ráta (hiba/év/km)N(t0) - a 0. évben, azaz a megfigyelés kezdeti időpontjában a

meghibásodás ráta (hiba/év/km) A - meghibásodás növekedési ráta (év-1 ) (regresszió analízisből

származtatható érték)t - a vizsgált év (év)t0 - az üzembe helyezés éve, vagy az az időpont, amitől meghibásodás

adatok rendelkezésre állnak (év), vagyis a megfigyelés kezdete

))(0

0)()( ttAetNtN

Valószínűségi modellek

A sztochasztikus (valószínűségi) alapú modellek három csoportba sorolhatók:• a meghibásodások időpontját leíró,• a túlélés meghatározó,• a számoló modellek

Az első két megközelítés az adott vezeték élettartamának leírására szolgál. A számoló eljárások egy adott időintervallum alatt bekövetkező meghibásodások számának valószínűségére adnak előrejelzést. Emellett feltételezik, hogy az adott objektum javítható.

Valószínűségi modellek általános alapegyenlete (Cox 1972)

ZbTethZth )(),( 0

)(0 th

Z

b

- kiindulási meghibásodás függvény

- kiindulási függvényt módosító együttható

- meglévő adatokból becsült együttható

Valószínűségi modellek időbeli Poisson folyamat (Constantin és Darroch 1993)

Ahol:k - pozitív egész szám (hibaszám)λ – meghibásodás várható értéke

!

)()(

k

tetNttNP

kt