PROGRAM DE CALCUL PENTRU MONITORIZAREA CALITĂŢII

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

Facultatea de HIDROTEHNICĂ

Departamentul de Inginerie Hidrotehnicǎ,

Colectiv Alimentǎri cu Apǎ şi Canalizǎri

PROGRAM DE CALCUL PENTRU

MONITORIZAREA CALITĂŢII

APEI ȊN REŢELELE DE

DISTRIBUŢIE A APEI

- TEZA DE DOCTORAT -

- REZUMAT -

Doctorand:

asist. univ. mat.

Alina Elisabeta Ţuţuianu Conducător ştiinţific:

Prof. univ. dr. ing. Marin Sandu

- Bucureşti 2013 -

Teza de doctorat

Program de calcul pentru monitorizarea calitǎții apei ȋn rețelele de distribuție

Rezumat 1

CUPRINS

1. Date generale. Necesitatea obiectivǎ a abordǎrii subiectului……....3

2. Dimensionarea rețelelor de distribuție a apei......................................5 2.1. Date generale asupra rețelelor de distribuție................................................5

2.2. Materiale folosite pentru construcția rețelelor.............................................9

2.3. Calculul hidraulic al rețelelor de distribuției..............................................12

2.3.1. Calculul rețelelor de distribuție folosind metoda inelarǎ..................16

2.3.2. Calculul rețelelor de distribuție folosind metoda nodalǎ..................19

3. Analiza pachetelor de programe pentru dimensionarea rețelelor de

distribuție a apei..................................................................................22

3.1. Programul Epanet ......................................................................................22

3.1.1. Descrierea generalǎ a programului.....................................................22

3.1.2. Ecuațiile utilizate ȋn cadrul programului............................................24

3.1.3. Facilitǎți oferite de cǎtre programul Epanet......................................25

3.2. Programul WaterCAD ...............................................................................25

3.2.1. Descrierea generalǎ a programului.......................................................25

3.2.2. Ecuațiile utilizate ȋn cadrul programului............................................27

3.2.3. Facilitǎțile oferite de cǎtre programul WaterCad.............................29

3.3. Programul RET&LOB&DES ...................................................................30

3.3.1. Descrierea generalǎ a programului.....................................................30

3.3.2. Metoda utilizatǎ ȋn cadrul programului. Soluția inițialǎ..................32

3.3.3. Calculul debitelor pe artere şi a cotelor piezometrice.......................34

3.3.4. Probleme şi metode de optimizare.......................................................34

3.4. Programul Piccolo.......................................................................................35

3.5. Pachetul de programe KYPIPE.................................................................37

3.5.1. Metoda de efectuare a analizei.............................................................38

3.5.2. Simplificarea şi calibrarea modelului.................................................38

3.5.3. Caracterizarea sistemului de conducte...............................................39

3.5.4. Geometria sistemului de conducte.......................................................39

3.5.5. Efectuarea calculului............................................................................40

3.5.6. Pregǎtirea datelor.................................................................................41

3.6. Concluzii privind utilizarea pachetelor de programe de calcul...............42

3.7. Dimensionare rețea de alimentare cu apǎ cartier rezidențial, realizatǎ cu

programele RET şi Epanet – studiu de caz...............................................43

4. Calitatea apei. Modelarea calitǎții apei ȋn rețelele de distribuție.....51

4.1. Generalitǎți privind calitatea apei............................................................51

4.2. Siguranța calitǎții apei ȋn rețelele de distribuție......................................54

4.3. Dezinfecția apei...........................................................................................59

4.4. Modelarea calitǎții apei..............................................................................62

4.4.1. Generalitǎți privind modelarea calitǎții apei.....................................62

4.4.2. Ecuații fundamentale şi metode de rezolvare....................................63

4.4.2.1. Transportul şi amestecul de substanțe din apǎ......................63

4.4.2.2. Metode de rezolvare. Modele statice şi modele dinamice......66

4.4.3. Modelarea matematicǎ a proceselor de transport ȋn medii fluide....68

Teza de doctorat


Rezumat 2

4.5. Pachete de programe pentru modelarea calitǎții apei.............................70

4.5.1. Programul Epanet.................................................................................70

4.5.2. Programul Qualnet...............................................................................73

5. Program de calcul pentru determinarea variației concentrației de

clor ȋn rețeaua de distribuție a apei.......................................................76

5.1. Modelul matematic.......................................................................................76

5.2. Descrierea funcționǎrii programului..........................................................82

5.2.1. Datele de intrare....................................................................................82

5.2.2. Bucla de repetiție...................................................................................84

5.2.3. Asemǎnǎri şi deosebiri cu alte programe de simulare a variației

concentrației de clor ȋntr-o rețea de distribuție a apei......................87

5.2.4. Avantajele utilizǎrii programului........................................................87

6. Calculul concentrațiilor de clor ȋn noduri, folosind programul elaborat

ȋn Scilab. Studiu de caz.............................................................................................89

6.1. Descrierea generalǎ a rețelei......................................................................89

6.2. Analiza hidraulicǎ a rețelei........................................................................89

6.3. Analiza variației calitǎții apei ȋn rețeaua de distribuție..........................92

6.4. Rezultate comparative obținute cu programul elaborat ȋn Scilab şi

Epanet..........................................................................................................94

7. Analiza statisticǎ a calitǎții apei ȋn rețelele de distribuție prin metoda

regresiei logistice.........................................................................................................99

7.1. Considerații teoretice.....................................................................................100

7.1.1. Corelația.................................................................................................100

7.1.2. Coeficientul de corelație Pearson.........................................................100

7.1.3. Regresia logisticǎ....................................................................................103

7.1.3.1. Regresia logisticǎ simplǎ........................................................103

7.1.3.2. Regresia logisticǎ multiplǎ.....................................................104

7.2. Prezentarea generalǎ a programului SPSS...............................................105

7.2.1. Interfața programului SPSS...............................................................106

7.2.1.1. Meniuri ȋn SPSS......................................................................107

7.2.1.2. Fişierul de rezultate................................................................108

7.2.2. Organizarea datelor.............................................................................108

7.2.3. Analize statistice....................................................................................108

7.2.4. Calculul coeficienților de corelație folosind SPSS.............................113

7.2.5. Realizarea analizei de regresie ȋn SPSS..............................................113

7.3. Studiu de caz. Modelul pe rețeaua de distribuție a apei potabile pentru

un municipiu cu 50000 de locuitori..................................................................115

7.4. Concluzii.......................................................................................................122

8. Concluzii generale.......................................................................................124

8.1. Conținutul lucrǎrii....................................................................................124

8.2. Elemente originale....................................................................................129

8.3. Perspectiva dezvoltare – cercetare..........................................................130

9. Bibliografia.................................................................................................131

Teza de doctorat


Rezumat 3

Capitolul 1: DATE GENERALE. NECESITATEA OBIECTIVĂ A ABORDĂRII

SUBIECTULUI.

1.1. Date generale (privind rețelele de distrubuție a apei potabile)

Dezvoltarea şi perfecționarea sistemelor publice de alimentare cu apǎ reprezintǎ o

necesitate obiectivǎ ȋn toatǎ lumea, aceasta este impusǎ de :

• garanția calitǎții apei distribuite cu eliminarea totalǎ a riscului asupra sǎnǎtǎții

utilizatorilor;

• creşterea exigențelor privind calitatea apei impusǎ obiectiv de multiplicarea factorilor

de poluare a surselor şi a mediului;

• dezvoltarea / diversificarea materialelor de construcție a sistemelor cu interacțiuni

nedeterminate exact cu apa distribuitǎ;

Un rol esențial ȋn cadrul sistemelor de alimentare cu apǎ ȋl au rețelele de distribuție pentru cǎ:

• reprezintǎ interfața ȋntre sistem şi utilizatori, prin intermediul branşamentelor;

• sunt cele mai costisitoare părți ale sistemului (aproximativ 60-70% din investiție);

• reprezintǎ un sistem ingineresc dezvoltat ȋn infrastuctura urbanǎ la un nivel de 2-3,5

m/locuitor; aceasta se comportǎ ca un reactor influențat de o multitudine de factori: calitatea apei,

calitatea materialului de construcție, natura terenului şi amenajarea urbanǎ, dezvoltarea

sistemului social deservit.

Optimizarea funcționǎrii rețelelor de distribuție a apei are la bazǎ:

• monitorizarea on-line: presiuni, debite, calitate apǎ;

• elaborarea de programe de calcul pentru controlul parametrilor hidraulici şi de calitate a apei;

• analizǎ și rapoarte elaborate ȋn timp real pentru izolare avarii, refacere şi reducerea

perioadelor de ȋntrerupere.

In acest context autorul tezei a ȋncercat sǎ ȋşi aducǎ contribuția ȋn cadrul colectivului de

alimentǎri cu apǎ şi canalizǎri din Departamenul de Inginerie Hidraulică-UTCB, la studiul

teoretic privind programele de calcul destinate evoluției calitǎții apei ȋn rețelele de distribuție a

apei potabile. Obiectivele tezei de doctorat au urmǎrit:

- analiza pachetelor de programe de calcul privind dimensionarea şi controlul calitǎții

apei ȋn rețelele de distribuție;

- perfecționarea unor programe de analizǎ a calitǎții apei ȋn vederea reducerii erorilor ȋn

determinarea concentrațiilor dezinfectantului rezidual;

- studii pe rețele de distribuție reale care sǎ constituie modele de aplicare pentru

reabilitarea și controlul calitǎții apei.

Capitolul 2: DIMENSIONAREA REȚELELOR DE DISTRIBUȚIE A APEI

2.1. Date generale asupra rețelelor de distribuție.

Rețeaua de distribuție a apei ȋntr-un centru populat sau ȋntr-o industrie cuprinde totalitatea

conductelor, armǎturilor, aparatelor de mǎsurat și construcții accesorii care asigurǎ transportul

apei de la rezervoarele de distribuție sau de la stațiile de ridicarea presiunii la branşamentele

consumatorilor. Rețelele de distribuție trebuie să asigure debitul maxim orar la presiunea de

serviciu. Distribuția apei are trei obiective:

1) asigurarea consumatorilor a necesarului de apǎ la presiunea de serviciu indiferent de

poziția consumatorului;

2) menținerea ȋn toate situațiile a siguranței alimentǎrii consumatorilor, inclusiv a

necesarului de apǎ pentru stingerea incendiilor;

3) menținerea calitǎții apei furnizate consumatorilor prin tranzitarea rețelei de distribuție.

Teza de doctorat


Rezumat 4

Rețeaua de distribuție poate fi: de tip ramificat, inelar sau mixt (inelar combinat cu

ramificat) dispusǎ ȋn plan sau spațial. In practică avem o combinaţie de reţea inelară cu

ramificaţii de diferite lungimi.

2.3. Calculul hidraulic al reţelelor de distrubuţie a apei

In ipoteza curgerii permanente a apei în conductele unei reţele de distribuţie, calculul

hidraulic urmăreşte stabilirea diametrelor conductelor în funcţie de debitele cerinţei de apă şi a

presiunilor de serviciu necesare consumatorilor astfel încât presiunea disponibilă să fie cel puţin

egală cu presiunea de serviciu. Pentru debite, ipotezele de calcul ale reţelelor de distribuţie sunt

cele de dimensionare şi cele de verificare [119].

In ipoteza de dimensionare, debitul de calcul se obţine prin însumarea debitului maxim orar

al cerinţei de apă în reţea şi debitul de funcţionare pentru toate incendiile interioare simultane cu

asigurarea presiunii de serviciu necesare funcţionării hidranţilor interiori:

Qorar calc.= Qs orar max+ 3,6KpKsnQii ( m3/h ) ( 2.1.)

Presiunea de serviciu la consum curent (fără incendiu) denumită şi presiunea la

branşament Hb se poate calcula cu relaţia: Hb = Hc+ ∑hd + hc (mCA) ( 2.4.)

în care :Hc = înălţimea punctului de consum cel mai înalt faţă de nivelul terenului (străzii) (m);

∑hd = suma pierderilor de sarcină prin branşament, apometru, reţea de distribuţie

interioară, în m; în funcţie de înălţimea clădirii şi a modului de alcătuire a reţelei

interioare; hc = presiunea de funcţionare (serviciu, utilizare) a obiectului (2..3 mCA).

Pentru o rețea având un singur nod cu nivel piezometric cunoscut se poate stabili

urmǎtoarea relație ȋntre numǎrul de tronsoane T, noduri N şi inele M: T = M + N – 1 (2.6)

Intr-o rețea de distribuție a apei variabilele sunt: debitul pe fiecare tronson ( qij );

diametrele tronsoanelor ( dij ); presiunile la noduri ( Hi – Hj ) sau pierderea de sarcinǎ ȋntre douǎ

noduri (hij ), unde i şi j sunt numerele nodurilor.

Dintre aceste trei seturi de variabile, douǎ sunt independente deoarece pierderea de sarcinǎ

(hij ) este legatǎ de debit printr-o relație funcționalǎ: hij = Hi - Hj = Rijqij∝ ( 2.7)

ȋn care : Rij = rezistența hidraulicǎ a tronsonului ij ; qij = debitul pe tronsonul ij ;

∝ = coeficient ce ia valori cuprinse ȋntre 1,8…2.

O rețea inelarǎ ȋn regim permanent, este echilibratǎ când sunt ȋndeplinite douǎ condiții:

1. Conservarea debitului:

N

iji

jijj Cqf

1

0 cu j≠ A; j = 2…N ( 2.8.)

Numǎrul acestor ecuații este egal cu N-1.

2. Conservarea energiei:

1

0

ijmij

ijm hf cu m = 1…M; hij = Hi – Hj ( 2.9.)

Pentru calculul hidraulic se dispune de T = M + N -1 ecuații, egale ca numǎr cu numǎrul

de tronsoane al rețelei inelare. Ecuațiile pot avea ca necunoscute fie debitele, fie pierderile de

sarcinǎ pe tronsoane. In ambele cazuri intrǎ implicit ca necunoscute diametrele, prin intermediul

rezistenței hidraulice Rij. De aceea este necesar sǎ se stabileascǎ diametrele rețelei de distribuție

cunoscute printr-un calcul hidraulic de predimensionare. Ca urmare, calculul hidraulic al unei

rețele inelare ȋn regim permanent revine la rezolvarea unui sistem de n ecuații algebrice nelineare

cu n necunoscute. Acest sistem se poate rezolva folosind metoda Newton – Raphson sau metoda

de tip relaxare Lobacev – Cross. Metoda Newton – Raphson constǎ ȋn urmǎtoarele:

Fie sistemul de n ecuații nelineare cu n necunoscute, formulat matriceal:

F( X ) = {f1(x1,x2,…,xn),…,fn(x1,x2,…,xn)} = 0 (2.10.)

unde : X = (x1,x2,…,xn) este vectorul a n necunoscute sau variabile de iterație.

Teza de doctorat


Rezumat 5

Soluția sistemului se obține plecând de la o valoare inițială (aproximativǎ) X0 cǎreia i se

adaugǎ, succesiv, vectori de corecție cu o normǎ descrescǎtoare.

La o iterație i, o aproximare mai bunǎ se obține astfel : Xi = Xi-1 + ∆Xi (2.11.)

cu ∆Xi(x1,x2,…,xn) = -F(Xi-1)/Ji-1 (2.12.)

sau Ji-1 ∆Xi = -F(Xi-1) (2.13.)

unde Ji-1 şi F(Xi-1) sunt matricea Jacobianǎ şi respectiv vectorul neȋnchiderilor pentru vectorul

Xi-1 de la pasul de iterație i-1; ∆Xi = vectorul corecțiilor la pasul i al procesului de iterație. Un

element al matricei Jacobiene de pe linia i şi coloana j se defineşte:j

niij

x

xxxfJ

),...,,( 21(2.14.)

Calculele se continuǎ pânǎ când un criteriu de precizie este satisfǎcut (valoarea maximǎ a

unei necunoscute; norma vectorului X sau un numǎr de iterații).

Capitolul 3: ANALIZA PACHETELOR DE PROGRAME PENTRU

DIMENSIONAREA REȚELELOR DE DISTRIBUȚIE A APEI

3.1. Programul Epanet [92]

Programul Epanet a fost realizat pentru a ajuta la asigurarea calitǎții apei livrate

consumatorilor prin rețelele de distribuție. Programul Epanet conține un mediu integrat pentru

editarea datelor de intrare ale rețelei, pentru rularea simulǎrilor hidraulice şi de calitate a apei,

precum şi de vizualizare a rezultatelor ȋn diferite forme. Acestea includ hǎrți ale rețelei, tabele de

date şi curbe de variație. Programul Epanet asigurǎ o analizǎ hidraulicǎ complexǎ, care include:

● rețeaua analizatǎ nu are limitǎ de mǎrime;

● calculeazǎ pierderile de sarcinǎ utilizând, relațiile Hazen – Williams, Darcy – Weisbach sau

Chezy – Manning;

● modeleazǎ funcționarea pompelor cu turație constantǎ sau cu turație variabilǎ;

● modeleazǎ diferite tipuri de vane, precum cele de ȋnchidere, cele de reglare a presiunii de

control a debitului sau clapetele de retur;

● poate lua ȋn considerare cerințele multiplelor categorii de consumatori, fiecare cu propriul sǎu

model de variație ȋn timp a parametrilor;

● modeleazǎ dependența debitului ȋn funcție de presiune.

Programul Epanet furnizeazǎ urmǎtoarele elemente ȋn modelarea calitǎții apei:

- modeleazǎ mişcarea unui material non-reactiv prin rețea ȋn unitatea de timp;

- modeleazǎ mişcarea şi evoluția unui material reactiv,

- modeleazǎ calitatea apei ȋntr-o rețea din punct de vedere al vârstei sale;

- urmǎreşte procentul din debitul unui nod care ajunge la celelalte noduri ȋn timp;

- modeleazǎ curgerea ȋn secțiunea conductei şi curgerea ȋn vecinǎtatea pereților conductei;

- permite scǎderea sau creşterea reacțiilor pânǎ la o limitǎ impusǎ a concentrației;

- permite variația concentrației ȋn timp ȋn orice punct al rețelei.

3.2. Programul WaterCAD [30],[42]

WaterCAD este un program ce are capacitatea de a modela şi optimiza orice sistem de

distribuție a apei sub orice aspect. Facilitǎțile oferite de programul WaterCad:

1) Interfața : este unul dintre cele mai flexibile programe de modelare hidraulicǎ a unui sistem

de distribuție a apei. Permite utilizatorului sǎ deseneze, sǎ schimbe, sǎ adauge, sǎ elimine

sau sǎ editeze orice element din rețea.

2) Analiza hidraulicǎ: realizează o analizǎ de moment a sistemului sau pe o perioadǎ extinsǎ

pentru a vedea comportamentul sistemului ȋn timp. Se pot utiliza formule de analizǎ

hidraulicǎ diferite, precum Hazen – Williams, Darcy – Weisbach sau Manning.

Teza de doctorat


Rezumat 6

3) Analiza calitǎții apei: se poate urmǎrii creşterea sau scǎderea concentrației unei substanțe

care circulǎ de-a lungul rețelei, se poate determina vârsta apei ȋn orice secțiune din rețea.

4) Intocmirea rapoartelor: sumare sau detaliate pentru ȋntreg sistemul sau pentru anumite

porțiuni selectate de cǎtre utilizator.

3.3. Programul RET & LOB & DES pentru calculul regimului permanent ȋn

rețelele complexe de conducte[18],[78]

3.3.1. Descrierea generalǎ a programului

Dezvoltat de cǎtre profesor dr. Ing. D. Cioc, ȋn cadrul Catedrei de Hidraulicǎ şi

Protecția Mediului a Universitǎții Tehnice de Construcții din Bucureşti, pachetul de programe

RET&LOB&DES cuprinde un sistem integrat de programe destinate calculului rețelelor

hidraulice. Componentele de bazǎ ale pachetului de programe sunt:

⋆ subprogramul RET destinat calculului rețelelor hidraulice ȋn regim permanent;

⋆ subprogramul LOB specific efectuǎrii calculelor hidraulice ȋn regim nepermanet;

⋆ subprogramul DES destinat reprezentǎrii grafice a rezultatelor calculelor hidraulice.

Sistemul este integrat ȋn sensul cǎ permite introducerea şi corectarea datelor primare,

realizeazǎ calcule complexe (calculul debitelor şi presiunilor ȋn rețea, se pot face optimizǎri ȋn

regim de rețea nouǎ – proiectare, calculeazǎ indicatorii de siguranțǎ ai rețelei).

3.3.4. Probleme şi metode de optimizare

Programul RET poate rezolva diferite probleme privind optimizarea proiectǎrii şi

exploatǎrii rețelelor de conducte. Principalele tipuri de optimizare care pot fi efectuate sunt:

- dimensionarea optimă a diametrelor conductelor unei rețele noi;

- optimizarea exploatǎrii unei rețele existente stabilind configurații optimale de

exploatare pentru diferite debite, respectiv, solicitǎri ale rețelei;

- reabilitarea unei rețele existente: extinderi, adaptǎri, configurații de exploatare,

optimizarea conductelor numai prin mǎrirea diametrelor acelor conducte fixate de cǎtre utilizator

şi optimizarea pompǎrii ;

- calculul indicatorilor de siguranțǎ şi calitate care furnizeazǎ elemente pentru aprecierea

siguranței şi calitǎții distribuției precum şi pentru continuarea optimizǎrii ȋn sensul sporirii

siguranței şi calitǎții ȋn exploatare ;

- evoluția rețelei pe o duratǎ limitatǎ, fracționatǎ ȋn intervale DSEC, stabilind la sfârşitul

fiecǎrui interval cota suprafeței apei ȋn rezervoare (inclusiv cele de aspirație). La fiecare interval

se optimizeazǎ pomparea, dacǎ existǎ.

3.4. Programul PICCOLO : principalele caracteristici

PICCOLO este un pachet sofware, ce permite simularea regimurilor de funcționare a

rețelelor de distribuție a apei. Programul conține un instrument de operare ce faciliteazǎ

construirea modelului: importǎ date, alocare automatǎ a debitelor, etc. Calculele se realizeazǎ ȋn

regim permanent sau ȋn regim dinamic. Principalele caracteristici funcționale sunt:

o Modelarea tuturor elementelor hidraulice ȋntâlnite ȋntr-o rețea: pompe cu turație fixǎ sau

variabilǎ, vane de reglare a debitului sau presiunii, clapete de reținere, diafragme, surse,

eventuale pierderi de sarcinǎ definite de operator;

o Modulul comportǎ descrierea unei rețele de pânǎ la 65.000 de noduri şi bare, 9.000 de

vane, 500 de pompe şi rezervoare;

o Modelarea completǎ a rezervoarelor: nod de amplasare, cota de comandǎ, clapet antiretur,

secțiune oarecare, cu nivel liber sau sub presiune;

o Ajustarea automatǎ a consumurilor pentru nodurile fǎrǎ presiune (stigerea incendiilor,

simularea avariilor, studii de securitate);

Teza de doctorat


Rezumat 7

o Datele ȋn regim dinamic pot fi definite ȋn timp (orar) sau de o manierǎ asincronǎ sub

formǎ de curbe date/valoare. Numǎrul maxim de paşi de timp este de 500 la 750;

o Controlul pompelor şi vanelor funcție de nivelul din rezervor sau presiunea ȋn nodul

amonte sau aval, cu o dispoziție variabilǎ ȋn timp.

3.5. Programul KYPIPE : principalele caracteristici

Programul Kypipe, dezvoltat pentru calculul curgerilor ȋn regim permanent ȋn rețelele

de conducte sub presiune a fost creat astfel ȋncât sǎ poatǎ fi aplicat pentru rețelele cu o

configurație complexǎ a sistemului de conducte şi având ȋn componență diferite dispozitive cum

ar fi: pompe, vane (atât vane de control cât şi vane de reglare), clapete de reținere, orice element

component ce produce o pierdere de sarcinǎ semnificativǎ (cum ar fi coturi, orificii, etc.),

debitmetre şi rezervoare de stocare.

3.5.6. Pregǎtirea datelor

Principalele module ale pachetului de programe:

KYCAD : acest modul CAD permite reprezentarea graficǎ a rețelei şi introducerea

datelor de bazǎ utilizând mouse-ul. Modulul va numerota automat nodurile şi tronsoanele, va

calcula lungimile şi va organiza datele, simplificând munca depusǎ pentru introducerea datelor.

KYDATA : acest modul este bazat pe ferestre şi poate manevra şi edita toate datele

referitoare la rețea. De asemenea, acest modul poate realiza introducerea tuturor datelor.

KY-AIMS : acest modul (Advanced Input Module) este utilizat pentru a accesa datele

despre rețea (ȋn formǎ brutǎ) şi a le introduce ȋn fişierul datelor.

3.6. Concluzii privind utilizarea pachetelor de programe de calcul

Fiecare dintre programele analizate prezintǎ o serie de caracteristici specifice care pot fi

utile ȋn funcție de scopul propus.

Cel mai complex şi complet pachet de programe dintre cele luate ȋn discuție este

programul RET, conceput ȋn cadrul „Catedrei de Hidraulicǎ şi Protecția Mediului” de cǎtre prof.

univ. dr. ing. Dumitru Cioc. Acest program de calcul cu un grad de generalitate şi precizie sporit,

prezintǎ o caracteristicǎ unicǎ ȋn comparație cu celelalte programe prezentate, şi anume

posibilitatea de a realiza optimizarea diametrelor standard pentru conductele rețelelor. O altǎ

caracteristicǎ ȋntâlnitǎ la programul RET o reprezintǎ separarea rețelelor şi modul lor de

interconectare. Aceastǎ caracteristicǎ este deosebit de utilǎ studiilor de reabilitare a rețelelor

vechi de distribuție a apei.

Programele prezentate au multe puncte comune, ele fiind practic destinate aceluiaşi scop, şi

anume ȋntocmirea unor modele numerice pentru rețele de alimentare cu apǎ cu scopul de a realiza

atât calcule de dimensionare şi verificare a rețelei, cât şi simularea a diverse scenarii de

exploatare ȋn funcție de variația ȋn timp a consumurilor de apǎ din rețea.

3.7. Studiu de caz: Dimensionare rețea de alimentare cu apǎ a unui cartier

rezidential, realizatǎ cu programele RET şi EPANET.

Exemplul se referǎ la dimensionarea unei rețele de distribuție a apei situatǎ ȋntr-un cartier

rezidențial cu ansambluri de locuit cu p+8 şi p+10. Rețeaua a fost dimensionatǎ pentru un debit

de 70,6 l/s ca fiind debitul orar maxim. In rețea trebuie asiguratǎ o presiune constantǎ de 4 bari.

Rețeaua este inelarǎ cu 45 de noduri şi 64 de artere, lungimea totalǎ a conductelor fiind 8770 m .

Schema rețelei prezentatǎ ȋn figura 3.2. este realizatǎ cu subprogramul DESGEN al

pachetului de programe RET & LOB & DES.

Teza de doctorat


Rezumat 8

Figura 3.2. Schema rețelei de distribuție realizatǎ cu subprogramul DESGEN al programului RET

In cadrul simulǎrii s-a urmǎrit dimensionarea şi calculul hidraulic al rețelei realizate cu

ambele programe RET şi Epanet. In final au fost comparate aceste rezultate pentru validarea

modelelor de calcul prin ambele metode. Astfel s-au obținut rezultate apropiate pentru vitezele pe

tronsoane, cât şi pentru presiunile ȋn noduri, iar ȋn figura 3.3. şi ȋn figura 3.4. sunt prezentate

grafice comparative cu valorile calculate de cǎtre cele douǎ programe RET şi Epanet.

In grafice se observǎ că apar unele diferențe la valorile vitezelor calculate cu cele douǎ

programe. Aceste diferențe apar datoritǎ faptului cǎ cele douǎ programe folosesc formule diferite

pentru calculul rugozitǎții şi al coeficienților λ ai pierderilor de sarcinǎ.

Astfel, programul RET calculeazǎ coeficientul λ cu formula Colebrook – White ȋn

funcție de rugozitatea relativǎ D

k şi numǎrul Reynolds

VDD Re .

Dacǎ ReD < 2300 este aplicatǎ formula pentru regim laminar : DRe

64 .

Dacǎ ReD > 2300, mişcarea este turbulentǎ se aplicatǎ formula:

D

k

D71.3Re

51.2lg2

1

,

unde: D = diametrul conductei; k = rugozitatea; λ = coeficientul Darcy al pierderilor de sarcinǎ.

Programul Epanet foloseşte formula Darcy – Weisbach: Dg

VLfhLP

2

2

( 3.3.)

Viteze pe artere calculate cu RET si EPANET

-0.20

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

0 20 40 60 80

artera

vit

eza

viteze pe artere calculatecu RET

viteze pe artere calculatecu EPANET

Presiuni in noduri calculate cu RET si EPANET

36

37

38

39

40

41

42

43

44

0 10 20 30 40 50

nod

pre

siu

ne presiuni in noduri

calculate cu RET

presiuni in noduri

calculate cu EPANET

Teza de doctorat


Rezumat 9

unde : L = lungimea tronsonului ; V = viteza medie a apei pe tronson ; D = diametrul

tronsonului ; g = acceleratia gravitaționalǎ; f = factorul de frecare Jain cu urmǎtoarea expresie:

2

9,0Re

74,5

7,3log

25.0

D

Cf (3.4.)

Capitolul 4: CALITATEA APEI. MODELAREA MATEMATICǍ A CALITǍȚII APEI

4.1. Generalităţi privind calitatea apei

Sistemul de distribuţie a apei potabile are ca obiectiv furnizarea necesarului de apǎ la

cantitatea solicitatǎ şi calitativ fǎrǎ riscuri asupra sǎnǎtǎții umane. Calitatea apei poate fi

asiguratǎ la ieşirea din staţia de tratare dar pe masură ce apa parcurge sistemul de distribuţie

poate suferi transformări. Conductele şi echipamentele de stocare din reţeaua de distribuţie

constitue un sistem complex de reactanţi chimici şi biologici necontrolaţi, care pot produce

variaţii semnificative asupra calităţii apei. Principalii factori care conduc la deteriorarea calităţii

apei ȋn reţeaua de distribuţie sunt:

- conectarea şi deconectarea surselor de alimentare (alimentarea intermitentǎ);

- contaminarea prin legăturile de derivaţie, ȋmbinările de conducte neetanşe sau avariile

din rețea;

- corodarea conductelor metalice şi dezintegrarea ȋnvelişului de protecție;

- pierderi ale dezinfectantului rezidual ȋn instalaţiile de stocare, cu timp ȋndelungat de

reţinere;

- reacţii ale dezinfectantului cu compuşii organici şi anorganici rezultând probleme de

gust şi de miros;

- regenererea bacteriilor şi posibilitatea dezvoltării unor agenţi patogeni;

- creşterea turbiditǎții cauzată de antrenarea particulelor depuse anterior.

4.4. Modelarea calitǎții apei

Problema transformǎrilor substanțelor din apa potabilǎ, pe masurǎ ce aceasta se

deplaseazǎ printr-un sistem de distribuție este dificilǎ şi complexǎ. Rețelele de distribuție pot

avea mii de kilometrii de conducte, ceea ce face imposibilǎ asigurarea unei monitorizǎri

cuprinzǎtoare. Modelarea matematică a schimbǎrilor calitative ale apei în sistemul de distribuţie

a devenit o componentǎ a monitorizării. Aceste modele reprezintă o modalitate eficientă din

punct de vedere al costului, pentru a studia variaţia spaţială şi temporală a unui număr de

constituenţi de calitate ai apei,: volumul de apă provenit dintr-o sursă specifică, vârsta apei în

sistem, concentraţia unui compus trasor nereactiv,concentraţia şi rata de pierdere a unui

dezinfectant secundar (ex. clor), concentraţia şi rata de creştere a sub-produselor de dezinfecţie,

cum sunt trihalometanii,numărul şi cantitatea de bacterii ataşate sistemului sau liber curgătoare.

Aceste modele pot fi utilizate în efectuarea diferitelor studii cu privire la calitatea apei:

calibrarea şi testarea modelelor hidraulice ale sistemelor prin utilizarea trasorilor chimici;

localizarea şi dimensionarea instalaţiilor de depozitare şi modificarea operaţiilor

sistemului pentru a reduce vârsta apei;

modificarea arhitecturii şi operării unui sistem pentru a furniza o combinaţie dorită de ape

din mai multe surse;

găsirea celei mai bune combinații între înlocuirea de conducte, recăptuşirea conductelor,

curăţirea conductelor, reducerea timpului de depozitare a apei şi locaţia şi rata de injectare

la staţiile de repompare pentru a menţine nivelul dorit al dezinfectantului de-a lungul

sistemului;

Teza de doctorat


Rezumat 10

estimarea şi minimizarea riscului expunerii consumatorului la sub-produse ale

dezinfecţiei şi

estimarea vulnerabilităţii sistemului la incidente de contaminare externă.

4.4.2. Ecuații fundamentale şi metode de rezolvare[108],[111]

Modelarea calitǎții apei stabileşte modul ȋn care concentrația unei substanțe dizolvate

variazǎ ȋn timp de-a lungul rețelei, sub un set cunoscut de condiții hidraulice şi caracteristici de

alimentare din sursǎ. Ecuațiile fundamentale se bazeazǎ pe principiile conservǎrii masei

combinate cu cinetica de reacție.

4.4.2.2. Metode de rezolvare. Modele statice şi modele dinamice

Modelele statice calculeazǎ distribuția spațialǎ a calitǎții apei de-a lungul unei rețele de

conducte ȋn ipoteza cǎ nu au loc schimbǎri ale condițiilor hidraulice şi cǎ depozitarea nu

afecteazǎ calitatea apei. Modelele pot fi derivate din ecuațiile generale de conservare a masei,

prin fixarea tuturor derivatelor de timp la zero şi introducând condiția ca toți ceilalți coeficienți sǎ

fie constanți ȋn timp.

Modelele dinamice iau ȋn considerare explicit modul ȋn care schimbǎrile de debit care au loc

ȋn conducte şi ȋn instalațiile de stocare, pe o perioadǎ extinsǎ de operare a sistemului, afecteazǎ

calitatea apei. Aceste modele furnizeazǎ o imagine realistǎ a comportamentului sistemului.

Metodele de rezolvare a modelelor dinamice pot fi clasificate spațial fie euleriene sau

langrangiene şi temporal ca funcție de timp sau funcție de eveniment. In continuare sunt

prezentate scurte descrieri a patru metode de rezolvare pentru modele dinamice:

► Metoda diferenţelor finite (MDF) – este o abordare euleriană care aproximează derivatele

cu echivalentele lor în diferenţe finite de-a lungul unei reţele de puncte fixe în spaţiu şi timp.

► Metoda volumelor discrete (MVD) – este o abordare euleriană care împarte fiecare

conductă într-o serie de unităţi de volum egale amestecate.

► Metoda dependentă de timp (MDT). Această metodă lagrangiană urmăreşte concentraţia şi

mărimea unei serii de particule de apă care nu se suprapun şi care ocupă fiecare o legătură a

reţelei. Pe măsură ce timpul progresează, mărimea particulei aflată cel mai sus în amontele unei

legături creşte pe măsură ce apa intră în legătură, în vreme ce o pierdere egală a mărimii în

particula cea mai de jos din avalul legăturii scade pe măsură ce apa părăseşte legătura.

► Metoda conducerii evenimentului (MCE) – este o metodă lagrangiană similară celei

dependente de timp, cu excepţia faptului că în locul actualizării întregii reţele la momente fixe de

timp, condiţiile individuale ale nodurilor/ legăturilor sunt actualizate doar în momentul în care

prima particulă dintr-o legătură dispare în totalitate prin nodul aflat în aval.

Capitolul 5: PROGRAM DE CALCUL PENTRU DETERMINAREA VARIAȚIEI

CONCENTRAȚIEI DE CLOR IN REȚEAUA DE DISTRIBUȚIE A APEI Pentru studierea variației concentrației de clor ȋntr-o rețea de distribuție a apei, cea mai

folositǎ ecuație este ecuația de transport şi difuzie. Aceasta ecuație permite modelarea proceselor

ce apar ȋn rețeaua de distribuție, procesul de transport, adicǎ modificarea concentrației clorului ȋn

timp ce apa traverseazǎ rețeaua şi procesul de difuzie, adicǎ modificarea concentrației clorului ȋn

secțiunea conductei.

5.1. Modelul matematic

Rezolvarea ecuației de transport plus difuzie ( 5.1.)

),0(),0(),(

02

2

Ltxx

uDuk

x

uv

t

u

Teza de doctorat


Rezumat 11

ȋn care : u = concentrația clorului rezidual (mg/dm3); t = timpul (s); x = distanța parcursǎ

la momentul t (m); ν = viteza fluidului (m/s); L = lungimea tronsonului (m); D = constantǎ

de difuzie (m2/s) ; k = constantǎ de transport(s

-1). Observație : ecuația (5.1.) este corelatǎ din

punct de vedere al unitǎților de mǎsurǎ, deşi nu s-au folosit unitǎțile S.I.

Rezolvarea ecuației (5.1.) se poate face unic având condițiile inițiale u(x,0) şi la limitǎ,

cuprinzǎnd combinaţii de u(0,t) , u(L,t) , , , ȋn total douǎ condiții.

Condiția inițialǎ u(x,0) poate fi luatǎ constantǎ sau o funcţie pozitivǎ la x=0 , care scade

rapid la zero pentru x > 0. In ceea ce priveşte condițiile la limitǎ sunt folosite:

• condiția inițialǎ: u(0,t)= constant=0,5 mg clor/dm3;

• pentru cea de a doua condiție la limitǎ, ȋn cele ce urmeazǎ se analizeazǎ mai multe variante:

5.1.2. VARIANTA 2 :

Deoarece ȋn practicǎ, coeficientul global de difuzie are o valoare aproximativǎ:

(m2/s ), este de aşteptat ca şi contribuția termenului sǎ fie nesemnificativǎ. In

aceste condiții, putem neglija termenul, ajungând la o ecuație de transport :

cu v>0, v=constant si k>0 , k=constant. (5.6.)

Soluția exactǎ a problemei (5.6.) , este : .

5.1.3. VARIANTA 3:

O altǎ variantǎ este datǎ de ȋncercarea ȋn care separǎm pe intervalul (t,t+dt) procesul de

transport de cel de difuzie. Astfel considerǎm cǎ are loc inițial un proces de transport care este

unic determinat de concentrația u la momentul t şi de concentrația la intrare . Acest proces

este continuat de un proces de difuzie care nu schimbǎ concentrațiile la capete. Se ȋncearcǎ

rezolvarea pe intervalul ( t , t +𝛼 ∙ t ) .

In prima etapǎ rezolvǎm ecuația:

(5.26.)

unde u(x,tj-1) este cunoscut de la calculul anterior ( la j=2 avem ). Soluția acestei

probleme este datǎ ȋn varianta 2. Fie ũ(x,t) soluția acestei probleme.

In etapa a doua rezolvǎm ecuația de dispersie:

, (5.27.)

),0( tx

u

),( tL

x

u

510D2

2

x

uD

)()0,(

)(),0(

0

1

0

tdatxu

xudattu

kux

uv

t

u

dacaev

xt

dacaetvxutxu vkx

kt

,)(

,)(),( /

1

0

0

0

tvx

tvx

t1

)(),0(

),(

],[],,0[,0

1

1

11

ttu

cunoscuttxu

tttLxVkx

uV

t

u

j

jj

)(),( 01 xutxu

),(),(

),0(),0(

),(),(

],[],,0[,0

~

~

~

1

12

2

tLutLu

tutu

txutxu

tttLxx

uD

t

u

jj

jj

Teza de doctorat


Rezumat 12

unde ũ(x,t) este soluția din etapa anterioarǎ. Valoarea rezultatǎ din (5.27.), este pentru

t = tj rezultatul celor douǎ procese (convecţie + difuzie).

Avem (5.30.)

pt i=2,3,..., n-1 .

Aceastǎ ultimǎ soluție prezentatǎ este şi soluția folositǎ ȋn cadrul programului de calcul al

variaţiei concentrației de clor ȋntr-o rețea de distribuție a apei, realizat ȋn Scilab, descris în

continuare.

5.2. Descrierea funcționǎrii programului pentru calculul concentrațiilor de clor ȋn

nodurile rețelei

Programul de calcul a fost scris folosind limbajul de programare Scilab. Acest software

poate fi folosit şi pentru optimizare numericǎ , pentru simularea dinamicǎ a fluidelor, cât şi pentru

analize statistice. Scilab furnizeazǎ o librarie vastǎ de operații de nivel ȋnalt cum ar fi corelația şi

aritmetica complexǎ multi dimensionalǎ.

5.2.1. Datele de intare

Pentru a putea modela variația concentrației de clor ȋntr-o rețea folosind programul creat

trebuie cunoscute toate caracteristicile rețelei. Pentru fiecare nod trebuie atribuit un numǎr unic,

astfel cǎ fiecare arteră sǎ poatǎ fi definitǎ de la nodul prin care intrǎ apa pânǎ la nodul prin care

iese apa. Pentru fiecare arteră trebuie cunoscute lungimea, diametrul, debitul şi viteza apei.

Datele de intare se citesc din două fişiere care conțin condițiile inițiale. Fişierul „conc_noduri.txt”

este un fişier text, de forma unei matrice coloanǎ, ce cuprinde concentrațiile în nodurile rețelei ce

a fost modelatǎ. Fişierul „tronsoane.txt” este un fişier text ce conține datele caracteristice inițiale

pentru artere, şi anume: nodul de intrare şi nodul de ieşire al fiecǎrei artere, lungimea acesteia,

viteza fluidului ȋn tronson şi debitul. Deci acest fişier este o matrice cu 5 coloane şi atâtea linii

câte artere are rețeaua. Datele de intrare pentru artere se citesc ȋn matricea T, iar datele de intrare

pentru concentrațiile ȋn noduri se citesc ȋn matricea co.

5.2.2. Bucla de repetiție

La momentul de timp 1 toate concentrațiile ȋn nodurile rețelei sunt zero. Pentru fiecare

moment temporal (itimp), luǎm la rând toate tronsoanele (itr) şi pe fiecare tronson avem

concentrațiile inițiale ui la momentul de timp anterior (itimp-1). Folosind datele pentru

fiecare tronson (lungimea, viteza fluidului, numǎrul de diviziuni pentru calculul numeric,

concentrațiile inițiale şi concentrațiile de la intrare) se determinǎ noile concentrații pe tronson,

pentru un interval de timp tau . Calculul se face ȋn procedura conc şi se iau ȋn considerare

procesele de transport şi difuzie ce au loc de-a lungul fiecǎrui tronson. Rezultatele calculelor

realizate ȋn procedura conc vor fi memorate ȋn soluția generalǎ ȋn masivul u, la datele

corespunzǎtoare momentului de timp itimp. După ce se face calculul pe toate tronsoanele (pe

fiecare tronson se calculeazǎ cum se schimbǎ concentrațiile pe un interval de timp tau) se

calculeazǎ noile concentrații ȋn noduri, corespunzǎtoare momentului curent de timp, momentul

itimp. Acestea vor intra ȋn calculul concentrațiilor pentru momentul ulterior de timp.

In final rezultatul calculului este masivul u ce conține concentrațiile calculate pe artere, cu

trei indici (de tronson, de poziție şi de moment de timp). Matricea co2 conține concentratiile ȋn

toate nodurile calculate la fiecare pas de timp, deci este o matrice cu un numǎr de coloane egal cu

),( txu

),(

),()21(

),0(

~

~

12212

~

1

Luu

xuuh

Duh

Duh

D

uu

j

n

i

j

i

j

i

j

i

j

Teza de doctorat


Rezumat 13

numǎrul de noduri ale rețelei şi cu un numǎr de linii egal cu numǎrul de paşi de timp folosiți

pentru calculul acestor concentrații. Ca rezultat se poate cere scrierea acestei matrice ȋntr-un

document text, astfel putându-se vizualiza toate concentrațiile calculate de cǎtre acest program la

fiecare pas de timp.

In cadrul programului se pot modifica urmǎtorii parametrii folosiți:

● timpul : se pot realiza simulǎri pe diferite perioade de timp, acesta este dat ȋn secunde ;

● pasul de timp : se poate alege pasul de timp cu care programul să efectueze calculele;

● factorul de diminuare al concentrației : acest factor se alege ȋn funcție de particularitǎțile

fiecǎrei rețele, de vechimea acesteia, de materialul din care sunt fabricate conductele din

exploatare;

● coeficientul de difuzie : aceastǎ constantǎ a fost modificatǎ pentru calarea programului şi

astfel s-a obținut pentru rețeaua datǎ valoarea: D = 1,36 ∙ 10-5

.

● numǎrul de diviziuni : ȋn timpul procesului de calcul, programul ȋmparte fiecare tronson ȋntr-

un numǎr egal de diviziuni.

Legea de scǎdere a concentrației de clor rezidual ȋn timp şi spațiu s-a presupus a fi o lege de

variație exponențialǎ, de tipul [19] : tk

ttt eCC

00

, (5.31.)

unde ttC 0 = concentrația clorului la momentul de timp t ( mg / l );

0tC = concentrația inițială

la momentul t0 ( mg / l ); e = baza logaritmului natural ; k = coeficientul de descreştere

al concentrației clorului ( 1s ); t = timpul ( s ) ;

5.2.3. Avantajele utilizǎrii programului realizat ȋn Scilab

Avantajele programului creat ȋn Scilab se pot sintetiza:

- avantajul unei utilizǎri relativ uşoare, fǎrǎ a fi nevoie de cunoştințe avansate de programare

sau utilizare a unui computer pentru a putea realiza o simulare folosindu-l;

- datele de intrare sunt uşor de introdus prin redactarea unui fişier text,

- un alt avantaj este prezentarea datelor finale, a rezultatelor tot sub forma unui fişier text

uşor de accesat, de vizualizat şi de utilizat ȋn eventualitatea folosirii acestor date;

- posibilitatea realizǎrii unor grafice reprezentative cu variația concentrației de clor ȋn orice

nod doreşte utilizatorul pe toatǎ perioada de timp simulatǎ;

- modificarea unor parametrii folosiți ȋn cadrul programului: timpul de simulare, pasul de

timp utilizat ȋn cadrul calculelor, numǎrul de diviziuni ale fiecǎrui tronson, coeficientul de

difuzie, toate acestea putând conduce la o calare corespunzǎtoare a programului ȋn funcție

de particularitǎțile rețelei de distribuție pentru care s-a realizat simularea.

- acest program poate fi utilizat ca un modul de calitate a apei pentru alte programe de

analizǎ hidraulicǎ a unei rețele de distribuție.

Capitolul 6: CALCULUL CONCENTRAȚIILOR DE CLOR ÎN NODURI, FOLOSIND

PROGRAMUL ELABORAT ÎN SCILAB. STUDIU DE CAZ.

6.1. Descrierea generalǎ a rețelei de distribuție

Calculul variației concentrațiilor de clor, folosind programul creat ȋn Scilab, s-a realizat ȋn

nodurile rețelei de distribuție a apei din cartierul Prundu al municipiului Pitesti. Rețeaua este

formatǎ din 439 de noduri, 459 de artere şi se alimenteazǎ gravitațional din complexul de

ȋnmagazinare Rǎzboieni. La aceastǎ rețea de distribuție sunt racordați un numǎr de 18640 de

consumatori, presiunea variazǎ ȋntre 45-48 mCA, iar regimul de ȋnǎlțime al clǎdirilor se situeazǎ

ȋntre (P+4) şi (P+10). Vechimea rețelei este de peste 40 de ani și ȋn tot acest timp nu au fost

realizate intervenții majore ȋn ceea ce priveşte reabilitarea conductelor, majoritatea acestora fiind

Teza de doctorat


Rezumat 14

din tuburi de oțel. Lungimea totalǎ ȋnsumatǎ a conductelor rețelei depǎşeşte 13000m, iar

diametrele variazǎ de la 80mm la 600mm.

6.3. Analiza variației calitǎții apei ȋn rețeaua de distribuție

Pentru a studia variația concentrației de clor rezidual ȋn rețeaua de distribuție, modelul

hidraulic reprezintǎ principala componentǎ. Pe tot parcursul perioadei de simulare s-a considerat

constantǎ concentrația clorului ȋn nodul de injecție al rețelei la valoarea de 0,5mg/l.

Având modelarea hidraulicǎ realizatǎ cu ajutorul programului Epanet şi o modelare a

variației de clor rezidual ȋn rețea realizatǎ tot cu Epanet, s-a pornit de la aceleaşi date inițiale şi s-

a realizat o modelare a variației concentrațiilor de clor rezidual ȋn nodurile rețelei cu ajutorul

programului creat ȋn Scilab.

Programul creat ȋn Scilab ȋmparte fiecare tronson ȋntr-un numǎr egal de diviziuni, acest

numǎr putând fi modificat de cǎtre utilizator ȋn funcție de particularitǎțile fiecǎrei rețele modelate

şi de cât de mare este perioada de timp pe care se face simularea. Pe fiecare astfel de diviziune

este calculatǎ concentrația ce este apoi transferatǎ nodului urmǎtor. Se realizeazǎ acest calcul

pentru fiecare pas de timp. Amestecul este considerat a fi instantaneu şi total.

Concentrația clorului s-a presupus cǎ scade ȋn timp şi spațiu dupǎ o lege de variație de tip

exponențial, descrisǎ ȋn capitolul anterior prin ecuția (5.31.).

6.4. Rezultate comparative obținute cu programul realizat ȋn Scilab şi Epanet

Se prezintǎ rezultatele obținute dupǎ rularea programului realizat ȋn Scilab, ȋn câteva

noduri din diferite puncte ale rețelei, sub formǎ de tabele şi grafice prin comparație cu rezultatele

obținute cu programul Epanet.

Condițiile inițiale sunt concentrații nule ȋn toate nodurile rețelei, mai puțin ȋn nodul 1 de

injectie unde s-a inițializat valoarea 0,5mg/l. Simularea variației concentrației de clor ȋn nodurile

rețelei s-a ȋnceput la momentul de timp zero şi s-au urmǎrit transformǎrile ce au loc din orǎ ȋn orǎ

pe un interval de 24 ore. Astfel s-a reuşit realizarea unor hǎrți reprezentative la ora de consum

mimin ora 03:00am (figura 6.3.), la o orǎ de consum mediu ora 08:00am (figura 6.4.) şi la o orǎ

de consum maxim ora 19:00pm (figura 6.5.).

Figura 6.3. Harta rețelei la ora 03:00am cu zonele de egalǎ concentrație a clorului

Teza de doctorat


Rezumat 15

In aceste hǎrți s-au expus zonele de egalǎ concentrație a clorului rezidual. S-au folosit

diferite culori ale valorilor concentrațiilor, pentru cele douǎ programe (culori evidențiate ȋn

legendǎ), cu observația că peste culorile concentrațiilor din Epanet s-au suprapus culorile

concentrațiilor calculate cu programul realizat ȋn Scilab, iar pentru valorile acestea cuprinse ȋntre

30-50mg/l nu s-a mai suprapus nici o culoare rǎmânând valorile din Epanet, evitând astfel o

supraȋncǎrcare a hǎrților.

Figura 6.4. Harta rețelei la ora 08:00am cu zonele de egalǎ concentrație a clorului

Figura 6.5. Harta rețelei la ora 19:00 cu zonele de egalǎ concentrație a clorului

Se observǎ din aceste hǎrți cǎ ȋn unele zone se delimiteazǎ mai bine punctele cu

concentrație sub 0,10mg/l, aceasta fiind o valoare sub care nu se mai pǎstreazǎ limita de siguranțǎ

Teza de doctorat


Rezumat 16

ȋn ceea ce priveşte calitatea apei. In harta de la ora 03:00am ( fig. 6.3.) se observǎ cǎ sunt reduse

zonele ȋn care concentrația clorului nu atinge valoarea de 0,1mg/l pentru asigurarea unei calitǎți

conforme a apei distribuite ȋn rețea. La ora 08:00am ( fig. 6.4.) se evidențiazǎ câteva zone pentru

care concentrația clorului rǎmâne sub valoarea de 0,1mg/l. La ora 19:00 (fig. 6.5.) se observǎ o

bunǎ concordanțǎ ȋntre rezultatele obținute cu cele douǎ programe şi zonele de "risc", cu

concentrații sub valoarea de 0,10mg/l, neregǎsindu-se pe hartǎ.

In graficele prezentate ȋn figura 6.6. şi figura 6.7. sunt evidențiate concentrațiile calculate

cu cele douǎ programe, Epanet şi programul creat ȋn Scilab, pentru noduri reprezentative din

centrul, repectiv de la periferia rețelei la ora de consum mediu, ora 08:00am. Se observǎ

concentrații apropiate ca valoare atât pentru nodurile aflate ȋn centrul rețelei cât şi pentru cele de

la periferia acesteia, pentru cele din urmǎ, valorile fiind apropiate de valoarea minimǎ admisibilǎ

de 0,10mg/l pentru asigurarea unei calitǎți conforme a apei ȋn rețea.

Rezultatele obținute prin rularea programului realizat ȋn Scilab au fost comparate cu

rezultatele obținute prin rularea programului Epanet şi s-au ȋnregistrat valori ce variazǎ cu

20%, iar pentru valorile calculate, aceste diferențe pot fi considerate satisfǎcǎtoare pentru

veridicitatea modelului. In urma rulǎrii programului creat ȋn Scilab, ȋn variante multiple: pe

diferite perioade de timp, cu diferiți paşi de timp pe care sǎ se realizeze calculele, cu un numǎr

de diviziuni ale fiecǎrui tronson luat cu diferite valori, cu diverse valori ale coeficientului

difuziei, dar toate ȋn concordanță cu rețeaua realǎ datǎ, s-a constatat cǎ pentru o calare mai de

acuratețe a programului sunt necesare mai multe date din teren, mai multe mǎsurǎtori efectuate

pentru determinarea ratei de scǎdere a clorului rezidual ȋn rețea. Cum ȋn rețeaua modelatǎ existǎ

conducte din materiale diferite, de vârste diferite, rata de scădere a clorului poate diferi de la o

conductǎ la alta, astfel cǎ pentru modelare s-a ales o valoare medie a acestei rate de scǎdere.

S-a observat ȋn urma calculelor efectuate, atât cu Epanet cât şi cu programul creat ȋn

Scilab, cǎ există ȋn rețea noduri ȋn care concentrația de clor nu se menține la valori necesare

asigurǎrii unei bune dezinfecții, adicǎ peste 0,10 mg/l clor rezidual ȋn rețea. Numǎrul acestor

noduri este totuşi foarte mic ȋn comparație cu numǎrul total de noduri ale rețelei. Se pot face

ȋmbunǎtǎțiri la nivelul rețelei, atât din punct de vedere al exploatǎrii şi construcției, cât şi la

nivelul modelului de simulare, pentru a optimiza astfel valorile clorului rezidual ȋn rețea,

asigurându-se o bunǎ calitate a apei transportate cǎtre toți utilizatorii deserviți.

Teza de doctorat


Rezumat 17

Capitolul 7: ANALIZA STATISTICĂ A CALITĂȚII APEI ÎN REȚELELE DE

DISTRIBUȚIE, PRIN METODA REGRESIEI LOGISTICE.

Scopul acestui studiu este elaborarea unui model matematic care să ofere o predicţie

asupra calităţii apei din reţelele de distribuţie, referitor la conformarea cu normele naţionale şi

internaţionale. Acestǎ predicție se poate face folosind analiza statisticǎ a calitǎții apei, cu

instrumente specifice: corelația şi regresia logisticǎ, acestea putând fi utilizate ȋn elaborarea de

modele matematice.

Pentru o rețea existentǎ, dacǎ sunt cunoscute date referitoare la structura rețelei, materialele

din care este constituitǎ, vârsta acestora, se poate face o predicție asupra calitǎții apei din aceastǎ

rețea. Modelul matematic elaborat s-a implementat ȋntr-un studiu de caz, folosind date reale

furnizate de ARA (Asociația Românǎ a Apelor, National Raport 2012), asupra rețelelor din

Romania, utilizând programul de calcul SPSS (Statistical Package for the Social Sciences),

versiunea trial.

Algoritmul acestei analize statistice poate fi sintetizat prin urmǎtorii paşi:

Pasul 1 : Analiza tuturor datelor deținute despre o anumitǎ rețea, pentru a vedea care dintre aceste

date se pot folosi ȋn analiza statisticǎ ulterioarǎ.

Pasul 2 : Se pun ȋn evidențǎ variabilele care au o corelație semnificativǎ ȋntre ele. Doar datele

referitoare la aceste variabile vor fi folosite efectiv ȋn analiza statisticǎ ce va fi realizatǎ.

Pasul 3 : Se analizeazǎ distribuția normalǎ a datelor utilizate ȋn studiul respectiv;(prin histograme

şi curba lui Gauss, realizate cu ajutorul programului SPSS). Dacǎ aceste date sunt

distribuite normal se alege regresia liniarǎ pentru calcul, iar dacă nu, se alege regresia

logaritmicǎ (logisticǎ). In practicǎ, cel mai adesea nu este ȋntâlnitǎ o distribuție normalǎ a

datelor, datoritǎ varietǎții datelor reale, de aceea cel mai adesea este folositǎ regresia

logisticǎ ȋn realizarea analizei statistice.

Pasul 4 : Se calculeazǎ coeficienții de corelație ai variabilelor independente ce s-au avut ȋn

vedere ȋn studiu. Valorile acestor coeficienți ne spun ce date dintre cele folosite

influențeazǎ cel mai mult calitatea apei.

Pasul 5 : Se scrie ecuația de regresie logisticǎ, ȋnlocuind coeficienții cu cei calculați la pasul 4.

Din aceastǎ ecuație se calculeazǎ raportul şanselor şi probabilitatea de a avea o calitate a

apei conformǎ cu normele cerute de lege.

Pasul 6 : Se efectueazǎ teste pentru a verifica dacǎ valorile generate de model sunt conforme

cu datele reale. In cazul nostru au fost realizate trei astfel de teste, toate indicând relația

combinatǎ dintre predictori şi variabilele categoricale.

7.3. Studiu de caz. Modelul pe rețeaua de distribuție a apei potabile pentru un

municipiu cu 50000 de locuitori.

In studiul calitǎții apei dintr-o rețea de distribuție ce deserveşte consumatorii, un rol

important ȋl are structura rețelei, materialele din care sunt confecționate părțile componente ale

rețelei, în special conductele, dar și vârsta acestor conducte prin care circulă apa.

Studiul realizat are la bază date reale (tabel 7.2.), furnizare de ARA, Raport National

2012,[120], privind structura deficitară şi vârsta mai mare de 30 de ani a reţelelor de distribuţie

din România, dar şi calitatea apei, mai exact probele neconforme aferente acesteia.

Datele au fost prelucrate utilizând programul SPSS (Statistical Package for the Social

Sciences), descris pe larg ȋn subcapitolul 7.2.

Folosind datele prezentate s-au avut în vedere următorii parametri:

• structura deficitară (MD - material deficitar [%]),

• vechimea materialelor conductelor (VM – vechime material [%]);

• probe neconforme (PN – Probe Neconforme [%]).

Teza de doctorat


Rezumat 18

Tabel 7.2. Sinteza datelor rețelelor de distribuție din Romania[120]

Nr.

crt. Judet Oras

Km

retea

Material

deficitar

(OL+Azbo)[%]

Vechime

> 30 ani [%]

Calitatea apei ȋn

RD probe

neconforme [%]

1.

Timiș

Deta 22,6 45,6 46 15

Jimbolia 67,8 67,6 63,3 14,3

Timișoara 617 27,7 63,4 2

2. Bihor

Oradea 608 28,5 27,5 0

Salonta 57,31 45,5 47,33

3. Mureș

Tg. Mureș 298,23 74,22 20 4,59

Sighișoara 87 65 34 11

4. Hunedoara

Hunedoara 187 95,3 17,5 0

Hațeg 27,62 14 2 0

5.

Caraș

Severin Caransebeș 390 65 53 6

6.

Bistrița

Năsăud Bistrița 554,3 46 5 3,04

7. Brăila Brăila 400 44,4 50 16

8. Buzău Buzău 178,05 79,57 13,96 2

9. Constanța Constanța 1351,9 70,43 71,4 2,2

10. Dolj Craiova 427 68 73 7,9

11. Cluj

Cluj

Napoca 626 30 2 5

Dej 100,7 36,43 13,9 8

12. Sălaj

Zalău 102,6 1,4 0 0,19

Jibou 29,91 24,9 0 5,2

Simleul

Silvanei 37,85 41,6 0 3,3

Cehu

Silvanei 21,052 18,3 0 2,9

13. Vaslui

Bârlad 220,9 62,2 15 0,57

Negresti 18 100 40 0

Pentru a stabili ce instrumente matematice putem aplica s-a studiat, pentru început, repartiţia

acestor parametrii, figurile 7.1-7.3. Histogramele prezentate au fost realizate cu ajutorul

programul SPSS, pentru a determina dacǎ variabilele au o distribuție normalǎ cu ajutorul

repartiției dupǎ curba lui Gauss si se observǎ cǎ datele nu sunt distribuite normal deci nu se poate

folosi regresia liniarǎ şi trebuie utilizatǎ regresia logisticǎ. Regresia logistică modelează relaţia

dintre o mulţime de variabile independente şi o variabilă dependentă (ȋn cazul nostru calitatea

apei – % probe neconforme).

Figura 7.1. Repartiţia variabilei PN Figura 7.2. Repartiţia variabilei MD

Teza de doctorat


Rezumat 19

Figura 7.3. Repartiţia variabilei VM

Programul SPSS generează tabele de clasificare, acestea indicând predicţia apartenenţei la o

anumită categorie, pe baza variabilelor predictor. Acestea reprezintă un bun indicator al calităţii

predicţiei, deoarece se precizează în tabel şi numărul de clasificări corecte. În tabelul de mai jos,

obținut cu ajutorul programului SPSS, sunt prezentate corelaţiile dintre variabile:

Tabel 7.3. Corelaţii

Corelații MD VM PN

MD

Pearson Correlation 1 0,416* 0,064

Sig. (2-tailed) 0,048 0,773

N 23 23 23

VM

Pearson Correlation 0,416* 1 0,385

Sig. (2-tailed) 0,048 0,070

N 23 23 23

PN

Pearson Correlation 0,064 0,385 1

Sig. (2-tailed) 0,773 0,070

N 23 23 23

*. Corelaţiile sunt semnificative de la 0.05 (2-tailed).

Se constată că între VM şi PN corelaţia (0,385) este de nivel mai mare decât corelația dintre

MD şi PN (0,064), ceea ce înseamnă ca vechimea materialelor mai mare ca 30 de ani influenţează

mai mult calitatea apei decât structura deficitară a sistemului de distribuţie.

Odatǎ calculate aceste corelații se trece la urmǎtorul pas al algoritmului, şi anume scrierea

ecuației de regresie logisticǎ, care se obține din ecuația (7.11.), ȋnlocuind coeficienții cu cei

calculați cu ajutorul programului SPSS şi prezentați ȋn tabelul 7.4.

Tabel 7.4. Variabilele din ecuaţia de regresie logistică

B S.E. Wald df Sig. Exp(B)

Pas 1a Intercept 5.605 0.144 0.958 1 0.032

MD 0.0208 0.177 0.464 1 0.049 1.0210

VM -0.105 0.121 1.264 1 0.026 0.9003

Utilizând coeficienţii din tabelul 7.4, coloana coeficienților B, s-a obţinut următoarea ecuaţie

de regresie logistică: )VM(*,)MD(*,,)quality_ODDSln( 1050020806055 (7.14.)

ODDS_quality s-a notat raportul şanselor dintre calitatea apei conformǎ şi calitatea apei

neconformǎ.

Teza de doctorat


Rezumat 20

Astfel, dacă într-o reţea de distribuţie a apei se cunosc procentele referitoare la materialul

deficitar, respectiv procentele referitoare la vechimea materialelor din care este construită reţeaua

(mai mare de 30 ani) se poate afla folosind modelul descris, probabilitatea ca apa sǎ aibă o

calitate conformă cu standardele în vigoare.

In tabelul următor sunt prezentate calculele realizate cu ajutorul programului SPSS pentru

determinarea probabilității de a avea o calitate a apei conformă cu normele în vigoare, cunoscând

vârsta materialelor constituente ale rețelei și materialele deficitare din rețea pentru câteva dintre

datele prezentate în tabelul 7.2.

Tabel 7.5. Calculul probabilitǎții calitǎții apei

Nr.

crt.

Oraș

Material

deficitar

[%]

Vechime > 30 ani

[%]

Raportul şanselor

calculat cu modelul

regresiei logaritmice

Probabilitatea de a avea

calitatea apei conformǎ

cu normele cerute de

lege [%]

0 1 2 3 4 5

1. Constanța 70,43 71,4 0,652427 39

2. Dej 36,43 13,9 134,72 99,2

3. Salonta 45,5 47,33 4,863 82,9

4. Brăila 44,4 50 3,591 78,2

5. Cluj Napoca 30 2 411,2 99,76

6. Timișoara 67,6 63,3 0,621 59

7. Craiova 68 73 0,524 34,4

8. Oradea 28,5 27,5 27,39 96,48

In tabel se pun ȋn evidențǎ:

- probabilitatea de a avea calitatea apei conformǎ pentru situația ȋn care materialul

deficitar (MD) este de 70,4% ȋn rețea şi vechimea materialelor (VM) peste 30 de ani este 71,4%,

iar această calitate a rezultat a fi de 39%;

- probabilitatea creşte la 99,2% ȋn situația ȋn care MD reprezintǎ 36,4% şi VM peste 30 de

ani scade la 13,9%.

Un ultim pas al algoritmului este efectuarea de teste pentru a urmǎrii dacǎ valorile pe care

le genereazǎ modelul sunt conforme cu datele reale. Coeficientul lui Cox şi Snell pseudo 2R a

rezultat 0,975 (tabel 7.6.) indicând o corespondenţă bună între model şi datele reale. Cu cât

valorile acestor coeficienți sunt mai aproape de 1, predicția devine mai exactǎ.

Tabel 7.6. Coeficienți Pseudo R2

Coeficientul Cox and Snell 0,975

Coef. Nagelkerke 0,979

Coef. McFadden 0,674

Performanţa metodei propuse este evidenţiată utilizând datele corespunzatoare unor reţele

de distribuţie a apei din judeţul Ialomiţa (tabelul 7.7.). Dupǎ cum se observǎ din datele obținute,

modelul a fost validat pe o rețea din altǎ zonǎ decât cele folosite ȋn studiul inițial, deci date noi,

pe care nu le-am utilizat ȋn analiza precedentǎ. Prin comparația ultimelor douǎ coloane ale

tabelului 7.7. se observǎ validarea modelului, ȋntre aceste valori existând practic diferențe foarte

mici sau chiar deloc.

Teza de doctorat


Rezumat 21

Tabel 7.7. Validarea modelului utilizând date din rețeaua de distribuție a apei din județul Ialomița[108]

Nr.

crt. Oraș

km

rețea

Material

deficitar

(OL+Azbo)

[%]

Vechime >

30 ani [%]

Probabilitatea de a avea calitatea apei

conformǎ cu normele cerute de lege [%]

Calculată

Măsurată

1. Slobozia 74,4 60,2 64,23 53 53,48

2. Slobozia

Noua 14,25 0 0 100 100

3. Bora 13,5 0 0 100 100

In acest tabel ultima coloanǎ reprezintǎ datele reale măsurate, iar ȋn penultima coloanǎ sunt

valorile calculate cu modelul prezentat anterior. Astfel, folosind modelul matematic prezentat şi

rezultatele coeficienților ecuației de regresie logisticǎ ( 7.14.), s-a recalculat raportul şanselor,

care ȋn cazul municipiului Slobozia a fost: ODDS_quality= exp(0.1129)=1.11956, de unde

rezultǎ P probabilitatea de a avea calitatea apei conformǎ cu standardele cerute de lege: P=53%

( penultima coloanǎ a tabelului 7.7.), valoare aproximativ egală cu cea măsurată.

7.4. Concluzii

Modelul realizat se poate aplica reţelelor de distribuţie din Romania, modelul respectă

reglementările prevăzute de legislaţia naţională şi internaţională din domeniu şi a fost verificat,

cu rezultate bune, în trei zone ale rețelei de distribuție a apei din municipiul Slobozia.

Folosind algoritmul de calcul prezentat anterior pentru construirea modelului de predicţie a

calităţii apei pentru reţelele de distribuţie, se pot realiza şi alte modele de evaluare a calităţii apei

pe baza unor variabile cunoscute sau determinate: numǎr de avarii, numǎr de branşamente, numǎr

de intervenții. Modelele matematice, având capacitatea de a descrie cu acurateţe corelaţiile dintre

deficienţele echipamentelor folosite, vârsta materialelor şi a reţelei şi probele neconforme de

calitate apă, sunt aplicații valide pentru analiza şi interpretarea datelor experimentale referitoare

la calitatea apei din reţelele de distribuţie a apei.

Capitolul 8: CONCLUZII GENERALE

8.1. Conținutul lucrǎrii

Lucrarea cuprinde 8 capitole dezvoltate ȋn 136 de pagini, 26 de figuri şi grafice, 19 tabele

şi o listǎ bibliograficǎ de 120 titluri.

In partea de introducere sunt prezentate obiectivele şi necesitatea abordǎrii subiectului.

Dezvoltarea şi perfecționarea sistemelor publice de alimentare cu apǎ reprezintǎ o necesitate

obiectivǎ ȋn toatǎ lumea, impusǎ printre altele de garanția calitǎții apei distribuite cu eliminarea

totalǎ a riscului asupra sǎnǎtǎții utilizatorilor.

In capitolul 2 se prezintǎ sinteza metodelor de dimensionare a rețelelor de distribuție a

apei. Sunt prezentate: componentele sistemelor de distribuție a apei şi clasificarea acestora;

materialele folosite pentru construcția rețelelor de distribuție; calculul hidraulic al rețelelor de

distribuție (∮ 2.3.). Sunt analizate bazele calculului rețelelor folosind: analiza inelarǎ şi analiza

nodalǎ. Sunt descrise etapele analizei inelare prin procedeul Newton – Raphson.

Analiza principalelor programe existente pentru dimensionarea rețelelor de distribuție a

apei formeazǎ capitolul 3. Sunt analizate şi prezentate principalele componente ale programelor

de calcul: Epanet, Ret, WaterCad, Piccolo, Kypipe.

La finalul capitolului 3 este realizat un studiu de caz, analiza hidraulicǎ şi dimensionarea

unei rețele reale de distribuție a apei situatǎ ȋntr-un cartier rezidențial. Aceastǎ analizǎ este

efectuatǎ cu ajutorul a 2 programe: programul Epanet şi programul RET. Rezultatele sunt

Teza de doctorat


Rezumat 22

prezentate prin comparație ȋntre cele douǎ programe sub formǎ de grafice ( figura 3.2., figura 3.3.

şi figura 3.4.), precum şi sub formǎ de tabele (tabelul 3.1., 3.2.).

Modelarea matematicǎ a calitǎții apei ȋn rețelele de distribuție se prezintǎ ȋn Capitolul 4.

Modelarea calitǎții apei stabileşte modul ȋn care concentrația unei substanțe dizolvate

variazǎ ȋn timp de-a lungul rețelei, sub un set cunoscut de condiții hidraulice şi caracteristici de

alimentare din sursǎ. Ecuațiile fundamentale se bazeazǎ pe principiile conservǎrii masei

combinate cu cinetica de reacție.

Sunt analizate: transportul advectiv ȋn conducte (ec. 4.8); amestecul ȋn nodurile rețelei (ec.

4.9); amestecul ȋn rezervoarele de ȋnmagazinare ( ec. 4.10); reacțiile ȋn masa fluidului / la pereții

conductelor. Se prezintǎ ecuația (4.14) care indicǎ variația concentrației unui constituent, C, ȋn

funcție de coeficienții globali de difuzie, componentele vitezei apei, procesele de transformare şi

aportul/consumul de constituent. In subcapitolul 4.5. se analizeazǎ programele pentru modelarea

calitǎții apei: Epanet şi Qualnet.

In capitolul 5 se prezintǎ un program de calcul pentru determinarea variației concentrației

de clor ȋn rețelele de distribuție realizat folosind limbajul de programare Scilab.

Sunt prezentate:

- modelul matematic pe baza ecuației de transport şi difuzie;

- soluția folositǎ ȋn cadrul programului de calcul (5.30),(5.31);

- descrierea generalǎ a programului;

- asemǎnǎrile şi deosebirile cu alte programe de simulare a variației concentrației de clor.

Un studiu de caz se prezintǎ ȋn Capitolul 6; se analizeazǎ rețeaua de distribuție care

deserveşte 18640 de locuitori, cu o lungime totalǎ de 13,65 km ȋn douǎ variante: utilizând

programul Epanet şi programul elaborat ȋn Scilab; rezultatele sunt prezentate ȋn tabelele 6.2,

6.3,6.4 şi ȋn figurile 6.3,6.4,6.5,6.6,6.7. Concluziile studiului de caz pun ȋn evidențǎ nodurile ȋn

care nu se realizeazǎ concentrația minimǎ de Cl2; diferențele ȋntre rezultatele obținute cu

programul Epanet şi programul elaborat ȋn Scilab sunt foarte apropiate, diferențele nu diferǎ mai

mult de 15% pentru nodurile periferice ale rețelei.

Capitolul 7 al lucrǎrii cuprinde analiza statisticǎ a calitǎții apei ȋn rețelele de distribuție

prin metoda regresiei logistice; s-a elaborat un model matematic pe baza cǎruia a fost realizat un

studiu de caz pentru o rețea care deserveşte 50.000 de locuitori. In acest studiu s-au considerat

variabilele independente : MD ( material deficitar) şi VM (vechimea materialelor) şi o variabilǎ

dependentǎ PN (proba neconformǎ) care indicǎ global calitatea apei ȋn rețeaua de distribuție.

Modelul realizat având capacitatea de a descrie corelațiile dintre procentele de materiale

deficitare ( oțel, azbociment), vechimea materialelor şi alți parametrii care influențeazǎ calitatea

apei ȋn rețelele de distribuție, poate realiza o predicție bunǎ privind confirmarea calitǎții apei

distribuite.

8.2. Elemente originale, contribuții

Contribuțiile şi elementele originale, tehnico – ştiințifice ale lucrǎrii pot fi sintetizate ȋn

urmǎtoarele:

- sinteza elementelor teoretice privind calculul rețelelor de distribuție a apei pe baza

unei bibliografii ample (120 titluri);

- analiza prin studiul teoretic şi practic a pachetelor de programe de calcul privind

dimensionarea şi controlul calitǎții apei ȋn rețelele de distribuție; evidențierea

condițiilor de aplicare, avantaje şi dezavantaje;

- perfecționarea unor programe de analizǎ a calitǎții apei ȋn vederea reducerii

erorilor ȋn determinarea concentrațiilor de dezinfectant rezidual;

- perfecționarea unui model matematic de discretizare a ecuației de transport şi

difuzie;

Teza de doctorat


Rezumat 23

- elaborarea unui algoritm şi a unui program de calcul a concentrațiilor

dezinfectantului rezidual ȋntr-o rețea de distribuție a apei;

- studii “ in situ” pe rețele de distribuție a apei, care sǎ constitue modele de aplicare

pentru reabilitarea şi controlul calitǎții apei; sistemele de distribuție apei potabile

Prundu – Piteşti şi Slobozia;

- analiza comparativǎ a rezultatelor modelǎrii calitǎții apei, obținute cu programul

Epanet şi cu programul realizat ȋn Scilab;

- aplicarea metodei regresiei logistice ȋn studii asupra calitǎții apei din rețele de

distribuție; predicții pentru studii de caz: rețele reale;

- realizarea unui model statistic de influența a materialelor rețelei (vechime şi

deficitar) asupra calitǎții apei transportate cǎtre consumatori;

- validarea modelului pe o rețea de distribuție care deserveşte 50.000 de locuitori.

8.3. Perspectiva dezvoltare – cercetare

In contextul dezvoltǎrii continue a sistemelor de distribuție a apei potabile, abordarea

tehnicǎ şi ştiințificǎ din punctul de vedere al asigurǎrii calitǎții apei pentru protecția sǎnǎtǎții

utilizatorilor va trebui sǎ se constitue din:

- elaborarea de programe de calcul pentru monitorizarea on-line a parametrilor

hidraulici şi de calitate a apei;

- analizǎ şi raportare realizate ȋn timp real pentru izolare avarii, refacere şi eliminare

risc de deteriorare a calitǎții apei;

- elaborarea şi implementarea de modele de calcul şi soluții care sǎ ȋndeplineascǎ

factorii de siguranțǎ şi fiabilitate;

- monitorizare on-line : presiuni, debite, calitate apǎ;

- realizarea unor modele statistice care sǎ ținǎ seama de toți factorii ce pot influența

calitatea apei distribuite.

9. Bibliografie selectivă

[8] Bârsan Em., Ignat C., Aspecte privind calculul rețelelor de distribuție a apei folosind analiza

inelarǎ, Hidrotehnica, vol. 36, nr. 8 – 8/1991.

[18] Cioc D., Anton A., Reţele Hidraulice. Calcul, optimizare, siguranţă, Editura Orizonturi

Universitare, Timişoara,2001.

[33] Camelia Gavrilă, Ion Gruia, Metode și coduri de simulare în fizică, Ed. Universității

din București, ISBN: 978-606-16-0266-7, 2013.

[36] Camelia Gavrilă, Alina Elisabeta Sandu, Elena Burchiu, Analysis of the Water Quality in

the Water Distribution System, Based on Logistic Regression, IRECHE Journal, July

2013 (Vol. 5 N. 4), ISSN: 2035-1755

[60] T. Le Chap, 2003. Introductory Biostatistics, New York: Wiley.

[82] Paltineanu G., Petrehus V., Matei P., Groza G.: Rezolvarea numerică a problemelor la

limită pentru ecuaţii diferenţiale de tip eliptic , 2009, Bucuresti, ISBN 978-973-100-076-3.

[93] J. L. Rodgers and W. A. Nicewander, Thirteen ways to look at the correlation coefficient.

The American Statistician, 42(1):59–66, February 1988.

[94] Sandu M., G. Racovițeanu - Manual pentru inspecția sanitarǎ şi monitorizarea calitǎții apei

ȋn sistemele de alimentare cu apǎ,Editura Conspress Bucuresti, 2006, ISBN 973-7797-78-7.

[108] UTCB, Catedra de Hidraulicǎ şi Protecția Mediului, Evaluarea riscurilor posibile de

modificare a calitǎții apei la sursǎ, stație de tratare şi rețea de distribuție – municipiul

Slobozia. Plan de mǎsuri pentru controlul riscurilor identificate , 2011

[119] Proiect normativ proiectare sisteme AA-CT. UTCB 431/2009.

http://toread.utcb.ro/opac/bibliographic_view/122561

http://toread.utcb.ro/opac/bibliographic_view/122561

Documents

PROGRAM DE CALCUL PENTRU MONITORIZAREA CALITĂŢII