Metody zwalczania sytuacji kryzysowych w miejskich ... · IBS PAN Warszawa METODY ZWALCZANIA...

JAN STUDZI�SKI

IBS PAN Warszawa

METODY ZWALCZANIA SYTUACJI KRYZYSOWYCH W MIEJSKICH SYSTEMACH

ZAOPATRZENIA W WOD�1

Streszczenie

W artykule omówiono metody przewidywania i zapobiegania sytuacjom kryzy-

sowym wyst�puj�cym w zło�onych miejskich systemach wodoci�gowych. Sytuacja

kryzysow� w takim systemie jest awaria sieci wodoci�gowej, gro��ca stratami wody

w sieci i przerwami w dostawach wody do odbiorców. S� to z jednej strony straty fi-

nansowe przedsi�biorstwa wodoci�gowego, z drugiej strony straty społeczne zwi�-

zane z niezadowoleniem mieszka�ców i strat� ich zaufania do producenta i dystrybu-

tora wody. Aby przeciwdziała� takim zagro�eniom, opracowuje si� ró�ne metody za-

radcze, polegaj�ce z jednej strony na prognozowaniu zdarze� awaryjnych, aby je

odpowiednio wcze�nie wyeliminowa�, z drugiej strony na szybkim zlokalizowaniu

awarii, je�eli ju� wyst�pi. S� to wszystko metody wspomagane komputerowo, czy to

w postaci pojedynczych programów, czy całych systemów informatycznych wspoma-

gania decyzji. Trzy takie metody omówiono w artykule.

Słowa kluczowe: Komputerowe zarz�dzanie wiedz�, systemy wspomagania decyzji, komputerowe

zarz�dzanie sytuacjami kryzysowymi, miejskie systemy wodoci�gowe

1. Wprowadzenie

Miejskie przedsi�biorstwa wodoci�gowe s� zwykle przedsi�biorstwami komunalnymi, podle-

głymi miejskim władzom samorz�dowym, i ich poprawne funkcjonowanie w istotnym stopniu de-

cyduje o jako�ci �ycia w mie�cie i jednocze�nie o zaufaniu, jakim cieszy si� lokalna władza w o-

czach miejskiej społeczno�ci. St�d to poprawne funkcjonowanie jest cz�sto kluczowe dla poziomu

�ycia i zadowolenia mieszka�ców. Funkcje miejskiego systemu zaopatrzenia w wod� dotycz� do-

starczania wody odbiorcom w sposób bezawaryjny i po mo�liwie niskich kosztach, przy czym wo-

da powinna by� dostarczana w wymaganej ilo�ci, pod odpowiednim ci�nieniem i odpowiednio do-

brej jako�ci. Ju� z tego wyliczenia funkcji wida�, �e jest to zadanie optymalizacji wielokryterialnej,

gdzie poszczególne kryteria celu, na przykład: dobra jako�� i niska cena, lub: bez-awaryjno�� do-

staw i wysokie ci�nienie, s� wzajemnie przeciwstawne. Miejskie sieci wodoci�gowe produkuj�dziennie ogromne ilo�ci wody, na przykład sie� w Rzeszowie, mie�cie �redniej wielko�ci o liczbie

mieszka�ców 170.000, produkuje około 60.000 m3 wody/dob�. Poniewa� koszt wody wynosi �red-

nio w Polsce około 3 zł/m3, wi�c dzienna produkcja wody, na przykład w mie�cie wielko�ci Rze-

szowa, to około 180.000 zł, co w skali roku wynosi ju� około 66 mln zł. S� to du�e kwoty i rów-

nie� du�e s� straty finansowe, gdy wyst�puj� awarie powoduj�ce wycieki wody z sieci. Wysoka

awaryjno�� sieci wodoci�gowej podra�a jej eksploatacj�, co zwi�ksza w konsekwencji koszty wo-

1 Praca wykonana w ramach realizacji projektu rozwojowego MNiSzW nr R11 001 01

POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ�DZANIA WIEDZ�

Seria: Studia i Materiały, nr 19, 2009

166

166

dy płacone przez mieszka�ców. Awaryjno�� sieci powoduje przerwy w dostawach wody, ale tak�e

chwilowe pogorszenie jej jako�ci, i wszystkie te czynniki wpływaj� negatywnie na atmosfer� spo-

łeczn�. St�d wida�, jak wa�nym zagadnieniem jest podejmowanie takich działa�, aby sytuacje awa-

ryjne, czyli kryzysowe na sieci wodoci�gowej wyeliminowa�. Zasadniczo s� trzy grupy metod post�powania proponowanych do zwalczania sytuacji kryzy-

sowych w systemach zaopatrzenia w wod�. Pierwsza grupa metod polega na szacowaniu ryzyka

wyst�pienia awarii i proponowaniu przedsi�wzi�� na wypadek, gdy awaria wyst�pi, oraz na moni-

toringu zdarze� zachodz�cych w systemie zaopatrzenia w wod�, aby tak� awari� dostatecznie

wcze�nie zlokalizowa�. Druga grupa metod polega na prognozowaniu zdarze� awaryjnych i elimi-

nowaniu mo�liwych przyczyn ich wyst�pienia, czyli na zapobieganiu awariom. Wreszcie trzecia

grupa metod polega na lokalizowaniu awarii, które wła�nie wyst�piły, w celu ich szybkiego usu-

ni�cia, dla zminimalizowania strat nimi powodowanych. W drugiej i trzeciej grupie metod równie�kluczow� rol� odgrywa monitoring sieci wodoci�gowej a tak�e model hydrauliczny badanej sieci

słu��cy do oblicze� symulacyjnych wzgl�dnie testowania zaproponowanych rozwi�za� antykryzy-

sowych. Trzy metody reprezentacyjne dla przedstawionych grup zostan� zaprezentowane w kolej-

nych punktach artykułu.

Artykuł ma charakter przegl�dowo-opisowy, to znaczy przedstawia metody opracowane

w ró�nych o�rodkach badawczych, krajowych i zagranicznych, i podejmuje prób� oceny ich sku-

teczno�ci i u�yteczno�ci, głównie na podstawie doniesie� literaturowych. Jednocze�nie w Instytu-

cie Bada� Systemowych PAN s� prowadzone prace zwi�zane z implementacj� tych metod w wo-

doci�gach rzeszowskich a tak�e z rozwojem i modyfikacj� metod z grupy drugiej i trzeciej.

2. Metoda wyznaczania ryzyka awarii

Metody wyznaczania ryzyka awarii w systemach zaopatrzenia w wod� s� w Polsce rozwijane

mi�dzy innymi na Politechnice Rzeszowskiej przez zespół kierowany przez Janusza Raka [4,5,6,7].

Kluczowym elementem metody jest wyznaczenie tzw. matrycy ryzyka wyst�pienia zdarze� awaryj-

nych powoduj�cych okre�lone straty. Tworzenie matrycy ryzyka rozpoczyna si� od ustalenia tabeli

kategorii cz�sto�ci wyst�pienia awarii i tabeli kategorii spowodowanych nimi strat. W podanym

ni�ej przykładzie zastosowano pi�ciostopniowe skale dla obu rodzajów kategorii zwi�zanych z ry-

zykiem awarii [6,7].

Tabela 1. Kategorie cz�sto�ci zdarze� awaryjnych (ródło [8]).

Kategoria cz�sto�ci Opis Waga

punktowa

Cz�ste A Cz��ciej ni� 1 raz w ci�gu roku: 1 [1/rok] 5

Prawdopodobne B 1 raz w okresie od 1 do 5 lat: 1 – 0,2 [1/rok] 4

Okazjonalne C 1 raz w okresie od 5 do 20 lat: 0,2 – 5 10-2 [1/rok] 3

Mało prawdopodobne D 1 raz w okresie od 20 lat do 50 lat: 5 10-2 – 2.10-2 [1/rok] 2

Nieprawdopodobne E 1 raz w okresie od 50 lat do 100 lat i wi�cej: 2.10-2–10-2 [1/rok] 1

Jan Studzi�ski

Metody zwalczania sytuacji kryzysowych w miejskich systemach zaopatrzenia w wod�

167

Tabela 2. Kategorie strat spowodowanych awariami (ródło [8])

Kategoria strat Opis Waga punktowa

Katastrofalne F Strata finansowa powy�ej 106 EUR 5

Powa�ne G Strata finansowa rz�du 105-106 EUR 4

Znacz�ce H Strata finansowa rz�du 104-105 EUR 3

Małe I Strata finansowa rz�du 103-104 EUR 2

Pomijalne J Strata finansowa poni�ej 1.000 EUR 1

W tabeli 1 przedstawiono kategorie cz�sto�ci wyst�pienia zdarze� awaryjnych. W tabeli 2 przed-

stawiono kategorie strat zwi�zanych z wyst�pieniem tych zdarze�. Natomiast kluczowa dla metody

matryca ryzyka wyznaczona na podstawie tabel 1 i 2 została pokazana w tabeli 3.

W rezultacie przyj�tych pi�ciostopniowych skali kategorii cz�sto�ci i kategorii strat otrzymuje si�pi�ciostopniow� skal� poziomów ryzyka:

RND – ryzyko niedopuszczalne 20 ÷ 25

RNA – ryzyko nieakceptowalne 12 ÷ 16

RK – ryzyko kontrolowane 6 ÷ 10

RT – ryzyko tolerowane 3 ÷ 5

RZ – ryzyko zaniedbywalne 1 ÷ 2

Tabela 3. Matryca ryzyka (ródło [8]).

Kategoria strat

F = 5 G = 4 H = 3 I = 2 J = 1

Kategoria cz�sto�ci

Stopie� ryzyka

A = 5

A x F = 25

RND

A x G = 20

RND

A x H = 15

RNA

A x I = 10

RK

A x J = 5

RT

B = 4

B x F = 20

RND

B x G = 16

RNA

B x H = 12

RNA

B x I = 8

RK

B x J = 4

RT

C = 3

C x F = 15

RNA

C x G = 12

RNA

C x H = 9

RK

C x I = 6

RK

C x J = 3

RT

D = 2

D x F =

10

RK

D x G = 8

RK

D x H = 6

RK

D x I = 4

RT

D x J = 2

RZ

E = 1

E x F = 5

RT

E x G = 4

RT

E x H = 3

RT

E x I = 2

RZ

E x J = 1

RZ



168

168

Przyjmuj�c, �e b�dzie tworzona trójwarstwowa matryca ryzyka, przybierze ona posta� pokazan� na

rys. 1 [6,7].

RND RND RNA RK RT

RNARNA

RNA RNA

RND RK

RK

RK RK RK

RK

RT

RT

RT

RTRT RT

RZ

RZRZ

RT

RT RT

RT RT

RT

RZ

RZ

RZ RZ

RZ

RZ

RZ RZ

RZ RZ

RZ RZ

1

2

3

Rys. 1. Trójwarstwowa matryca ryzyka (ródło [7]).

Poszczególne warstwy matrycy, oznaczone liczbami 1, 2 i 3, oznaczaj�: 1 – barier� zapobiegania;

2 –barier� ochrony; 3 –barier� przeciwdziałania. Na rys. 2 pokazano rozwini�te warstwy matrycy

ryzyka.

RND RND RNA RK RT

RNARNA

RNA RNA

RND RK

RK

RK RK RK

RK

RT

RT

RT

RTRT RT

RZ

RZRZ

RNA RNA

RNA

RK

RKRK

RK RK

RT RT

RT RT

RT

RT RT

RT RT

RZ RZ

RZ RZ RZ

RZ RZ RZ

RK RK

RK

RT RT RT

RT

RT

RT

RT

RZ RZ RZ

RZ RZ RZ RZ

RZ RZ RZ RZ

RZ RZ RZ RZ

Rys. 2. Rozwini�te warstwy (bariery) matrycy ryzyka.

W dalszym ci�gu metody nale�y zdefiniowa� warstwy matrycy ryzyka (bariery obronne, czyli

przedsi�wzi�cia zapobiegania awariom) oraz oszacowa� stopnie ryzyka wyst�pienia zdarze� awa-

ryjnych (kryzysowych), uruchamiaj�ce poszczególne bariery obronne. Niech badana aglomeracja

miejska b�dzie zaopatrywana w wod� z rzeki. Zdarzeniem awaryjnym niech b�dzie pojawienie si�ska�onej wody w sieci wodoci�gowej. Dla trójwarstwowej matrycy ryzyka definiuje si� nast�puj�-ce bariery obronne [6,7]:

• Bariera zapobiegania 1 – ma tworzy� warunki wczesnego ostrzegania poprzez monitoring

jako�ci wody surowej w stacji poboru, czyli w�le ródłowym sieci wodoci�gowej.

Jan Studzi�ski


169

• Bariera ochrony 2 – ma chroni� system dystrybucji przed wod� złej jako�ci poprzez moni-

toring wody uzdatnionej, czyli pompowanej do sieci wodoci�gowej.

• Bariera przeciwdziałania 3 – oznacza podj�cie skutecznej akcji informacyjnej w celu

ograniczania negatywnych skutków zwi�zanych ze spo�yciem ska�onej wody.

Oszacowanie stopni ryzyka zdarze� awaryjnych mo�e wygl�da� nast�puj�co [6,7]:

W ci�gu roku wykonuje si� 730 analiz jako�ci wody surowej i uzdatnionej. Prawdopodobie�-stwo popełnienia bł�du analizy, polegaj�cego na niewykryciu ska�enia, wynosi 0,001. Cz�sto��z tym zwi�zana wynosi: 0,001 x 730 = 0,73 [1/rok]. Na podstawie danych historycznych oszaco-

wano prawdopodobie�stwo złej jako�ci wody na uj�cia równe 0,03.

• Okre�lenie poziomu ryzyka dla matrycy dla bariery 1: Cz�sto�� nie wykrycia ska�enia wody

wynosi:

rok/11019,273,003,02

1−

⋅=⋅=f

Odpowiada to klasie cz�sto�ci D. Straty zwi�zane ze zł� jako�ci� wody oszacowano na przy-

nale�ne do klasy G. Odpowiada to stopniowi ryzyka D x G, czyli RK.

• Okre�lenie poziomu ryzyka dla matrycy dla bariery 2: Cz�sto�� nie wykrycia ska�enia wody

wynosi:

rok/11060,173,01019,273,0 2212

−−

⋅=⋅⋅=⋅= ff

Odpowiada to klasie cz�sto�ci D. Przyjmijmy, �e uzdatnianie wody nie spowoduje zmniej-

szenia negatywnych skutków, czyli zostaje zachowana klasa G. Odpowiada to stopniowi ryzyka D

x G, czyli RT.

• Okre�lenie poziomu ryzyka dla matrycy dla bariery 3: Prawdopodobie�stwo skuteczno�ci

akcji informacyjnej ludno�ci o ska�eniu wody oszacowano na 0,9. Cz�sto�� korzystania ze

ska�onej wody wodoci�gowej wynosi:

rokff /11044,19,01060,19,0 2223

−−

⋅=⋅⋅=⋅=

Odpowiada to klasie cz�sto�ci E. Przyj�to, �e akcja informacyjna o ska�eniu wody w wodo-

ci�gu publicznym spowoduje zmniejszenie negatywnych skutków o jeden rz�d wielko�ci, czyli

kategoria strat spada do klasy H. Odpowiada to stopniowi ryzyka E x H, czyli RZ.

Metoda polega w ogólno�ci na opracowywaniu scenariuszy post�powania w sytuacji, gdy wy-

st�pi okre�lone zagro�enie, i na szacowaniu prawdopodobie�stwa wyst�pienia tego zagro�enia.

Z jednej strony jest to metoda dosy� wygodna, gdy� proponuje stosowanie okre�lonych procedur

post�powania, opracowanych wcze�niej, w okre�lonych sytuacjach kryzysowych. Z drugiej strony

przyjmuje si� niej dosy� du�o arbitralnych zało�e�, co powoduje, �e opracowane scenariusze nie

zawsze b�d� zgodne z rzeczywistymi sytuacjami zachodz�cymi w systemie zaopatrzenia w wod�i nie zawsze b�d� wła�ciwie przewidywa� wyst�pienie rzeczywistych zagro�e�.

3. Metoda przeciwdziałania ryzyku poprzez planowanie prac rewitalizacyjnych

Metoda przeciwdziałania ryzyku, czyli minimalizuj�ca prawdopodobie�stwa wyst�pienia

awarii w systemie zaopatrzenia w wod�, jest realizowana w postaci zło�onych zintegrowanych sys-

temów informatycznych. Generuj� one scenariusze prac rewitalizacyjnych sieci wodoci�gowej w

odniesieniu do obiektów, które zostały wcze�niej zidentyfikowane jako najbardziej podatne na wy-

st�pienie awarii. Takie systemy przeznaczone dla sieci wodoci�gowych [3], jak równie� dla sieci

kanalizacyjnych [2], s� rozwijane na przykład przez norwesk� organizacj� naukow� SINTEF, któ-



170

170

rej struktura i profile działania przypominaj� Polsk� Akademi� Nauk czy niemieck� Fraunhofer

Gesellschaft.

System opracowany przez SINTEF dla miejskich sieci wodoci�gowych, o nazwie CARE-W

(Computer Aided REhabilitation of Water networks), składa si� z systemu GIS, generuj�cego ma-

p� numeryczn� sieci wodoci�gowej, modelu hydraulicznego, stosowanego do symulacji kompute-

rowej sieci po zmianach wprowadzonych przez wygenerowane plany rewitalizacji i przed ich

wdro�eniem, oraz z systemu monitoringu do kalibracji modelu hydraulicznego. Zastosowanie tego

systemu pozwala realizowa� nast�puj�ce zadania:

• identyfikacja stanu technicznego sieci wodoci�gowej i jej poszczególnych obiektów

• identyfikacja odcinków sieci najbardziej nara�onych na awarie

• wyznaczenie trendów awaryjno�ci dla całej sieci, jej poszczególnych obszarów i pojedyn-

czych obiektów

• generowanie scenariuszy prac rewitalizacyjnych według stopnia ich wa�no�ci, to znaczy

wi�kszej lub mniejszej potrzeby ich realizacji

• okre�lenie mo�liwo�ci inwestycyjnych przedsi�biorstwa

• wybór scenariusza rewitalizacji do realizacji

• opracowanie scenariusza do optymalnego zarz�dzania sieci� wodoci�gow� w funkcji po-

trzeb i mo�liwo�ci przedsi�biorstwa.

� ��

��

��

��

��

��

��

�� ! ��"��

��

�� #��

��

�� !��

�� #�� !� ��

��

��"�!��

��

$ � ��

��!��% �� !�

�� #��

�� !��

#��"�!��

��

�&�� !��# ��

� �� '� ��

��!��

Rys. 3. Schemat funkcjonalny systemu CARE-W

ródło: Materiał szkoleniowy SINTEF, 2007 [3]

Schemat systemu CARE-W jest pokazany na rys. 3. Ma on budow� modułow�, gdzie po-

szczególne moduły realizuj� wymienione wy�ej zadania. Podstawowym elementem systemu jest

bran�owa baza danych, w której s� zgromadzone wszystkie mo�liwe informacje na temat stanu

Jan Studzi�ski


171

sieci, jej obiektów, parametry techniczne, technologiczne i dane znamionowe tych obiektów a tak-

�e dane archiwalne i bie��ce dotycz�ce stanów awaryjnych, ich lokalizacji i przyczyn. Na podsta-

wie tych ostatnich danych dokonuje si� prognoz statystycznych awaryjno�ci w odniesieniu do po-

szczególnych obiektów sieci i jej wybranych fragmentów.

Przedstawiony system jest bardzo skuteczny pod warunkiem, �e dane zebrane i zgromadzone

w bran�owej bazie danych s� rzetelne i wyczerpuj�ce, to znaczy, gdy badane przedsi�biorstwo pro-

wadzi dokładn� rejestracj� wszystkich zdarze� zwi�zanych z sieci� a tak�e gdy sie� znajduje si�pod ci�gł� kontrol� i jest wła�ciwie serwisowana. Wtedy opracowywane prognozy awaryjno�ci s�trafne a prowadzone według opracowanych planów rewitalizacji prace inwestycyjne s� efektywne.

Pokazuje to rys. 4, na którym przedstawiono przykładowy pozytywny wpływ dokonywanej rewita-

lizacji sieci wodoci�gowej na jej awaryjno��: w miar� wykonywanych inwestycji liczba awarii na

sieci wyranie maleje.

Jednak taka sytuacja zdarza si� niestety dosy� rzadko i reguł�, przynajmniej w krajowych

przedsi�biorstwach wodoci�gowych, jest, �e dane archiwalne o sieci s� niekompletne, nieaktualne

lub wr�cz nieprawdziwe i nie prowadzi si� równie� dokładnej rejestracji o awariach wyst�puj�cych

na sieci. Ponadto wymagania systemu CARE-W s� takie, �e w przedsi�biorstwie wodoci�gowym

powinna ju� by� zainstalowana mapa numeryczna sieci wodoci�gowej oraz powinien by� skali-

browany i uruchomiony model hydrauliczny, co wymaga z kolei posiadania na sieci dosy� rozbu-

dowanego systemu monitoringu. Niestety, te wymagania nie s� spełnione w sposób zadowalaj�cy

praktycznie w �adnym przedsi�biorstwie wodoci�gowym w Polsce, co oznacza, �e bezpo�rednie

zastosowanie tego systemu w prezentowanej postaci nie jest mo�liwe.

Z kolei wad� samego systemu jest jego du�a zło�ono��, mała przejrzysto�� i konieczno��wprowadzenia ogromnej liczby danych, co sprawia du�e trudno�ci in�ynierom i pracownikom

bran�owym zajmuj�cym si� eksploatacj� sieci wodoci�gowej. Dlatego obecnie system CARE-W

ma raczej charakter akademicki i raczej wyznacza kierunek rozwoju narz�dzi minimalizuj�cych

liczb� sytuacji kryzysowych na sieci wodoci�gowej, ni� sam jest takim u�ytecznym narz�dziem.

��

�� &��

Rys. 4. Przykład skuteczno�ci działania systemu CARE-W

ródło: Materiał szkoleniowy SINTEF, 2007 [3]



172

172

4. Metoda lokalizacji zaistniałych awarii

Ostatnia prezentowana tu metoda zwalczania sytuacji kryzysowych na sieci wodoci�gowej

polega na minimalizowaniu strat spowodowanych awari� w momencie, gdy taka awaria ju� wyst�-piła. Zadaniem tej metody jest szybka i wiarygodna lokalizacja awarii i sygnalizacja o tym zdarze-

niu do operatora sieci w celu wysłania brygady remontowej do jej usuni�cia.

Do zastosowania tej metody wymaga si�, podobnie jak poprzednio w metodzie drugiej, okre-

�lonego stopnia informatyzacji przedsi�biorstwa wodoci�gowego. W tym przypadku przedsi�bior-

stwo powinno dysponowa� co najmniej skalibrowanym modelem hydraulicznym sieci wodoci�go-

wej oraz odpowiednio rozbudowanym systemem monitoringu zainstalowanym na sieci. Prace

zwi�zane z rozwijaniem i stosowaniem tej metody s� prowadzone mi�dzy innymi w Niemczech

przez firm� REUS [9] i tak�e w Polsce w Instytucie Bada� Systemowych PAN.

Algorytm działania metody jest nast�puj�cy:

• Wyznaczy� za pomoc� modelu hydraulicznego rozkład ci�nie� i rozkład przepływów w sieci

wodoci�gowej dla typowych (standardowych) stanów pracy sieci.

• Wyznaczy� za pomoc� modelu hydraulicznego powierzchnie rozkładów ci�nie� i przepływów

dla zdarze� awaryjnych (wycieków) symulowanych kolejno w ka�dym w�le sieci wodoci�-gowej.

• Monitorowa� stan pracy sieci za pomoc� systemu monitoringu, którego punkty pomiarowe s�w miar� równomiernie rozmieszczone na sieci.

• Porównywa� warto�ci ci�nie� i przepływów monitorowane w punktach pomiarowych z warto-

�ciami tych parametrów wła�ciwymi dla wyznaczonych wcze�niej standardowych powierzchni

rozkładów.

• W przypadku zauwa�enia niezgodno�ci mi�dzy warto�ciami zmierzonymi i warto�ciami obli-

czonymi dla rozkładów standardowych, znale� w zbiorze powierzchni rozkładów wyznaczo-

nych podczas symulowania wycieków tak� powierzchni�, która najbardziej odpowiada zmie-

nionym warto�ciom mierzonych parametrów.

• Sygnalizowa� operatorowi sieci wodoci�gowej stan awaryjny w punkcie (w�le) sieci, dla któ-

rego była wyznaczona znaleziona (zidentyfikowana) powierzchnia rozkładów.

Jan Studzi�ski


173

Rys. 5. Ekran programu OHIO do oblicze� hydraulicznych sieci wodoci�gowej

ródło: materiał własny

Na rys. 5 pokazano ekran programu OHIO (Obliczenia Hydrauliczne I Optymalizacji) do ob-

licze� hydraulicznych sieci wodoci�gowej, który został opracowany w Instytucie Bada� Systemo-

wych PAN i wdro�ony w wodoci�gach rzeszowskich [1].

Przedstawiony algorytm wydaje si� prosty, jednak jego realizacja jest zwi�zana z konieczno-

�ci� wykonania ogromnej liczby oblicze� symulacyjnych i zapami�tania podobnie du�ej liczby

tabel z zapisanymi w nich powierzchniami rozkładów ci�nie� i przepływów oraz z konieczno�ci�instalacji na sieci odpowiednio rozbudowanego systemu monitoringu. Po pierwsze, samych rozkła-

dów standardowych jest co najmniej kilkana�cie: dla ró�nych pór roku, dla ró�nych dni tygodnia,

dla ró�nych typowych godzin obci��enia sieci: szczytu porannego, szczytu wieczornego, godzin

dziennych południowych, godzin nocnych itp.

Ponadto, w zale�no�ci od wielko�ci sieci wodoci�gowej, otrzymujemy odpowiednio du��liczb� powierzchni rozkładów odpowiadaj�c� liczbie w�złów sieci. Nale�y pami�ta�, �e �redniej

wielko�ci sie� wodoci�gowa ma około kilku tysi�cy w�złów i kilku tysi�cy odcinków.

W ko�cu, o dokładno�ci lokalizacji awarii decyduje równie� liczba punktów pomiarowych

w systemie monitoringu. Przy małej liczbie punktów dokładno�� takiej lokalizacji jest mała. Jed-



174

174

nocze�nie koszty inwestycyjne i równie� eksploatacyjne systemu monitoringu sieci wodoci�gowej

s� dosy� wysokie i dlatego niewiele przedsi�biorstw wodoci�gowych decyduje si� na takie przed-

si�wzi�cia.

Reasumuj�c mo�na stwierdzi�, �e omawiana metoda, chocia� łatwiejsza do realizacji, ni� me-

toda druga, jest równie� dosy� uci��liwa tak w implementacji, jak i w póniejszej eksploatacji,

i obecnie jest rzadko stosowana w praktyce a w Polsce nie jest stosowana w �adnym przedsi�bior-

stwie wodoci�gowym.

Podobn� koncepcj� lokalizacji awarii w zło�onej (pier�cieniowej) miejskiej sieci wodoci�-gowej bada si� na Politechnice l�skiej [11]. W prowadzonych tam badaniach stosuje si� tak�e

model sieci wodoci�gowej do symulowania wycieków w ró�nych punktach sieci oraz rejestruje si�rozkłady ci�nie� i przepływów zmieniaj�ce si� w zale�no�ci od lokalizacji symulowanego wycieku,

aby móc póniej porównywa� te rozkłady z rozkładem aktualnie mierzonym za pomoc� zainstalo-

wanego na sieci systemu monitoringu. Ró�nica w metodach polega na tym, �e w tych badaniach

sie� wodoci�gow� modeluje si� za pomoc� sieci neuronowej i równie� sieci neuronowe stosuje si�do identyfikacji awaryjnych rozkładów ci�nie� i przepływów, podczas gdy poprzednia metoda po-

sługuje si� modelem fizykalnym (hydraulicznym) sieci, opracowanym na podstawie klasycznych

równa� Kirchhoffa, zaadoptowanych z elektrotechniki [1].

5. Uwagi ko�cowe

Przedstawiono trzy metody przeciwdziałania sytuacjom kryzysowym lub minimalizowania

ich skutków w systemach zaopatrzenia w wod�, przy czym metody te s� bardzo zró�nicowane pod

wzgl�dem zło�ono�ci, skuteczno�ci a tak�e stopnia skomputeryzowania.

Najprostsza jest metoda wyznaczania ryzyka awarii: zasadniczo nie wymaga ona wysokiego

stopnia zinformatyzowania badanego przedsi�biorstwa wodoci�gowego a jedynie archiwizacj�danych o stanach awaryjnych dla wyznaczenia prawdopodobie�stw ich zaj�cia, wykorzystywanych

przy szacowaniu stopni ryzyka zdarze� awaryjnych. Ta prostota jest jej zalet�, lecz jednocze�nie

wad�, poniewa� zmniejsza dokładno�� i przez to wiarygodno�� wyznaczanych scenariuszy działa�(barier) obronnych.

Najbardziej zło�ona jest metoda planowania prac rewitalizacyjnych: wymaga ona wysokiego

stopnia informatyzacji przedsi�biorstwa wodoci�gowego i ogromnej liczby danych wprowadza-

nych do systemu informatycznego, nie zawsze mo�liwych do uzyskania w sposób rzetelny w bada-

nym przedsi�biorstwie. Dlatego obsługa systemu realizuj�cego t� metod� jest bardzo uci��liwa

i wła�ciwie nie s� znane przypadki u�ycia jej w praktyce. Ta zło�ono�� jej wad�, lecz jednocze�nie

zalet�, poniewa� w przypadku spełnienia wszystkich wymaga� metody zapewnia ona du�� sku-

teczno�� w eliminowaniu przyczyn zdarze� awaryjnych.

Metoda lokalizacji awarii plasuje si� po�rodku mi�dzy wymienionymi dwiema metodami: jest

mniej zło�ona od metody drugiej i bardziej skuteczna od metody pierwszej. Niemniej jej wła�ciwe

zastosowanie jest równie� uci��liwe, w szczególno�ci w odniesieniu do konieczno�ci wyznaczania

powierzchni rozkładów ci�nie� i przepływów dla symulowanych wycieków we wszystkich w�złach

sieci. Dlatego nie dziwi, �e wła�ciwie nie jest ona szeroko stosowana.

Reasumuj�c nale�y stwierdzi�, �e wła�ciwie wszystkie przedstawione metody maj� obecnie

charakter raczej akademicki a nie u�ytkowy, co oznacza, �e dalszym ci�gu istnieje potrzeba opra-

cowywania i testowania w praktyce nowych metod wzgl�dnie wprowadzania ukierunkowanych

aplikacyjnie zmian w metodach przedstawionych.

Jan Studzi�ski


175

W Instytucie Bada� Systemowych PAN prowadzi si� obecnie prace zwi�zane z opracowa-

niem algorytmów rewitalizacji sieci wodoci�gowych, podobnych do tych działaj�cych w norwe-

skim systemie CARE-W, jednak prostszych w obsłudze i wymagaj�cych mniejszej liczby przyj-

mowanych arbitralnie zało�e�. Algorytmy te b�d� wł�czone do struktury systemu informatycznego

rozwijanego w IBS PAN i wdra�anego w Rzeszowie do zarz�dzania tamtejsz� sieci� wodoci�gow�[10].

Podobnie prowadzi si� prace zwi�zane z modyfikacj� metod lokalizacji awarii i ich adaptacj�do mo�liwo�ci technicznych krajowych przedsi�biorstw wodoci�gowych na przykładzie przedsi�-biorstwa wodoci�gowego w Rzeszowie. Przy tym s� rozwijane algorytmy lokalizacji awarii wyko-

rzystuj�ce do symulacji sieci wodoci�gowej zarówno deterministyczny (fizykalny) model hydrau-

liczny sieci (na przykład wspomniany wcze�niej model OHIO [1]), jak i model w postaci sieci neu-

ronowych. W tym pierwszym przypadku korzysta si� z do�wiadcze� niemieckich i bezpo�rednich

kontaktów z firm� REUS [9], w drugim przypadku korzysta si� z wyników prac prowadzonych na

Politechnice l�skiej [11].

Bibliografia

1. Barski A., Pawlak A., Studzinski J.: Komputerowy model hydrauliczny miejskiej sieci

wodoci�gowej. W: Badania Operacyjne i Systemowe: rodowisko Naturalne, Przestrze�,Optymalizacja. PAN IBS, Seria Badania Systemowe, tom 63, 99-116, Warszawa 2008.

2. CARE-S: System rewitalizacji sieci kanalizacyjnych. Prezentacja SINTEF, Politechnika

Krakowska 2007.

3. CARE-W: System rewitalizacji sieci wodoci�gowych. Prezentacja SINTEF, Politechnika

Krakowska 2007.

4. Rak J.: Istota ryzyka w funkcjonowaniu systemu zaopatrzenia w wod�. Oficyna

Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 1-113, Rzeszów 2004.

5. Rak J.: Podstawy bezpiecze�stwa systemów zaopatrzenia w wod�. Wydawnictwo PAN -

Komitet In�ynierii rodowiska, tom 28, 1-215, 2005.

6. Rak J., Tchórzewska-Cie�lak B.: Metody analizy i oceny ryzyka w systemie zaopatrzenia

w wod�. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszów 2005.

7. Rak. J., Tchórzewska-Cie�lak B.: Czynniki ryzyka w eksploatacji systemów zaopatrzenia

w wod�. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2007.

8. Rak J., Tchórzowska-Cie�lak B., Studzinski J.: Wybrane problemy bezpiecze�stwa

systemu zaopatrzenia w wod�. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2009 (w druku)

9. Straubel R.: REH: Programm zur Rechnergestützten EntscheidungsHilfe. REUS GmbH,

Berlin 2007.

10. Studzinski J.: Projektowanie zintegrowanego systemu informatycznego zarz�dzania

miejsk� sieci� wodoci�gow�. Studia i Materiały PSZW (A. Januszewski, red.) tom 17,

PSZW Bydgoszcz 2008, 185-198.

11. Wyczółkowski R.: Inteligentny system monitorowania sieci wodoci�gowych. Eksploatacja

i Niezawodno��, 1/2008, 33-36.



176

176

METHODS OF CRISIS EVENTS CONTROL IN COMMUNAL WATER

DISTRIBUTION SYSTEMS

Summary

In the paper some methods of forecasting and preventing the crisis situations

arising in complex communal water distribution systems are described. A crisis

situation in such the systems is mostly a failure of the water net pipe that results with

water losses in the network and with breaks in water supply to the end users of the

water net. This results farther with the financial losses for the waterworks and also

with some social losses concerning the people removed from water for many times

and for longer time. To avoid such threats different remedy methods are developed

which are based on the forecasting of failure events for their elimination and on the

fast identification of failures when they have already arisen. They all are the com-

puter aided methods in the form of individual programs or complex information sys-

tem for decisions making. Three of such the methods are presented in the paper.

Key words: Computer knowledge management, decisions making systems, computer management

of crisis situations, municipal waterworks and water networks

Jan Studzinski

Instytut Bada� Systemowych PAN Warszawa

e-mail: [email protected]

Metody zwalczania sytuacji kryzysowych w miejskich ... · IBS PAN Warszawa METODY ZWALCZANIA...

Documents

Transcript of Metody zwalczania sytuacji kryzysowych w miejskich ... · IBS PAN Warszawa METODY ZWALCZANIA...