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Hierdie verhandeling handel oor Nie-verrekenbare water (NVW) van pypnetwerkstelsels, oorsake wat daartoe lei sowel as die verskillende faktore wat daarby betrokke is. Verskillende wyse waarop die NVW van 'n netwerk bepaal kan word, word ondersoek en metodes vir die vermindering van NVW word bespreek. NVW van pypnetwerkstelsels bestaan uit vier komponente. Sekere van hierdie komponente is van groter belang, veral werklike verliese, as ander. Die volgende vier komponente kan onderskei word: <ul> <li>werklike verliese as gevolg van lekkasies wat ekonomies herstelbaar is</li> <li>onvermydelike verliese as gevolg van klein lekkasies wat nie ekonomies herstelbaar is nie</li> <li>oënskynlike verliese as gevolg van stadige perseelmeters aan die leweringskant</li> ongemeterde aftrekkings deur brandkrane en spoelkleppe.</li></ul> Watermeters en hulle akkuraatheid het 'n baie definitiewe invloed op die NVW van 'n netwerk. So byvoorbeeld kan daar 'n aansienlike toename in die NVW voorkom indien meters nie die korrekte volumes wat deur hulle vloei, registreer nie. Pypmateriale en konstruksiemetodes het 'n invloed op NVW en is ondersoek. Indien lae kwaliteit materiaal gebruik word en verkeerde installasie metodes gebruik word lei dit tot meer lekkasies en 'n hoë NVW. Lekkasies in 'n netwerk het 'n invloed op die NVW. As gevolg hiervan is verskeie metodes van lekkasie opsporing ontwikkel. Hierdie verskillende metodes van lekkasie opsporing is in die veld ondersoek om sodoende die bruikbaarheid en geskiktheid van elk te evalueer. Resultate van hierdie ondersoeke dui daarop dat 'n kombinasie van metodes die mees geskik voorkom vir lekkasie opsporing en waterverliesbeheer. Hierdie metodes bestaan hoofsaaklik uit visuele naspeur, soniese sporing sowel as verliesvloeimeters. ENGLISH : The Subject of this thesis is Unaccounted for Water (UAW) of Water distribution Networks. Various causes and factors are responsible for the UAW of networks. These have been studied together with various methods of control. Four components make up the UAW of networks with some being of bigger importance, especially actual losses, than others components are: <ul> <li>actual losses due to leaks which are economically repairable</li> <li>unavoidable losses due to small leaks which are not economically repairable</li> <li>apparent losses due to underregistering stand meters</li> <li>unmetered draw-offs via hydrants and flushing valves.</li></ul> Water meters are used to determine the UAW of a closed network by means of measurements on both sides of the network. Inaccurate slow meters can be the cause of the UAW being much larger than otherwise. Pipe materials and construction methods have been studied in as far as it concerns the UAW. Low quality materials and bad construction methods lead to increases in the UAW. Leaks in a network have an influence on the UAW and therefore various methods of leak detection have been developed. Field investigations concerning these various leak detection methods were carried out and these methods were evaluated. From results of these field investigations it became clear that a combination of methods was most suitable for leak detection and water loss control. These methods include the visual method as well as sounding devices and waste detection meters. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 1978. / Chemical Engineering / unrestricted

Nitrification in water distribution networks has become a growing concern for water supplies in the United States. The use of chloramines as a disinfectant in distribution pipe networks has become increasingly popular to reduce the disinfectant byproducts that are formed with free chlorine. In chloraminated systems there is potential for nitrification to occur because it reduces chloramine residuals. As chloramines decompose in the network, ammonia is released. Nitrifiers oxidize ammonia into nitrites, which react with chloramines resulting in its further reduction. As this cycle continues, chloramines will be consumed faster in the network, causing regrowth of heterotrophic bacteria. A study was conducted to compare the Fargo and Moorhead distribution networks for the occurrence of nitrification and their potential to deteriorate water quality. Each distribution network was analyzed independently for variations in operational conditions and water quality parameters that can serve as indications of nitrification in a distribution network. / Moorhead Water Treatment Plant

Este trabalho apresenta o dimensionamento otimizado de redes pressurizadas de distribuição de água em regime permanente para áreas de topografia relativamente plana. Além dos critérios tradicionais de dimensionamento hidráulico, o resultado ótimo é aquele com menor custo global, ou seja, onde a soma dos custos de implantação e de operação é mínimo. Para a determinação dos resultados, as equações que envolvem a perda de carga nos circuitos e vazões em cada nó foram solucionadas através da programação não linear com emprego de métodos matriciais. As principais variáveis analisadas foram os diferentes materiais das tubulações (PEAD, PVC e Ferro Fundido), tipos de superfície (terra, concreto, paralelepípedo e asfalto), locação da rede (passeio, viário pavimentado e sem pavimentação), tarifas de energia elétrica para concessionárias de água, vida útil usuais para o sistema de bombeamento e taxa de juros ao longo da operação do sistema. Os resultados obtidos através da metodologia proposta demonstraram que as principais variáveis em relação ao custo referencial unitário foram o custo da pressurização inicial, custo da tubulação, além do custo de remoção e recomposição de viário em pavimento asfáltico. / This work presents the optimal design of pressurized networks of water distribution in steady state flow to areas of relatively flat topography. In addition to the traditional hydraulic criteria for design, the optimal outcome is that with lower overall cost, in other words, where the sum of the costs of implementation and operation is minimal. To obtain the results, the equations that involving headloss in the circuits and flows at each node were solved by nonlinear programming with the use of matrix methods. The main variables studied were the different materials of pipes (HDPE, PVC and Cast Iron), surface types (clay, concrete and asphalt paving), network location (walk, paved and unpaved road), electricity tariffs for water utilities, normal life for the pumping system and interest rates along the system operation. The results obtained by the proposed methodology showed that the main variables in relation to the unit cost were the cost of initial pressurization, cost of the pipe, besides the cost of removal and restoration of roads in asphalt pavement.

Este trabalho apresenta o dimensionamento otimizado de redes pressurizadas de distribuição de água em regime permanente para áreas de topografia relativamente plana. Além dos critérios tradicionais de dimensionamento hidráulico, o resultado ótimo é aquele com menor custo global, ou seja, onde a soma dos custos de implantação e de operação é mínimo. Para a determinação dos resultados, as equações que envolvem a perda de carga nos circuitos e vazões em cada nó foram solucionadas através da programação não linear com emprego de métodos matriciais. As principais variáveis analisadas foram os diferentes materiais das tubulações (PEAD, PVC e Ferro Fundido), tipos de superfície (terra, concreto, paralelepípedo e asfalto), locação da rede (passeio, viário pavimentado e sem pavimentação), tarifas de energia elétrica para concessionárias de água, vida útil usuais para o sistema de bombeamento e taxa de juros ao longo da operação do sistema. Os resultados obtidos através da metodologia proposta demonstraram que as principais variáveis em relação ao custo referencial unitário foram o custo da pressurização inicial, custo da tubulação, além do custo de remoção e recomposição de viário em pavimento asfáltico. / This work presents the optimal design of pressurized networks of water distribution in steady state flow to areas of relatively flat topography. In addition to the traditional hydraulic criteria for design, the optimal outcome is that with lower overall cost, in other words, where the sum of the costs of implementation and operation is minimal. To obtain the results, the equations that involving headloss in the circuits and flows at each node were solved by nonlinear programming with the use of matrix methods. The main variables studied were the different materials of pipes (HDPE, PVC and Cast Iron), surface types (clay, concrete and asphalt paving), network location (walk, paved and unpaved road), electricity tariffs for water utilities, normal life for the pumping system and interest rates along the system operation. The results obtained by the proposed methodology showed that the main variables in relation to the unit cost were the cost of initial pressurization, cost of the pipe, besides the cost of removal and restoration of roads in asphalt pavement.

Yes / This paper describes an automated event detection and location system for water distribution pipelines which is based upon low-cost sensor technology and signature analysis by an Artificial Neural Network (ANN). The development of a low cost failure sensor which measures the opacity or cloudiness of the local water flow has been designed, developed and validated, and an ANN based system is then described which uses time series data produced by sensors to construct an empirical model for time series prediction and classification of events. These two components have been installed, tested and verified in an experimental site in a UK water distribution system. Verification of the system has been achieved from a series of simulated burst trials which have provided real data sets. It is concluded that the system has potential in water distribution network management.

O presente trabalho apresenta uma avaliação de otimização de um sistema complexo de adução de água tratada, em tempo real, com Algoritmos Genéticos (AG’s), associado a um sistema SCADA e a um modelo de simulação hidráulica de rede (Epanet 2.0). Foram utilizados registros históricos de consumos de água, considerados como previsão perfeita. O estudo de caso foi feito em uma parte do Sistema Adutor Metropolitano (SAM) de São Paulo para minimizar uma função multiobjetivo (custos de energia e restrições operacionais). Foram analisados seis cenários com diversas combinações de pesos, tamanhos da população, número de gerações e probabilidades de cruzamento e mutação. As estratégias de operação obtidas permitiram reduções de até 22% na potência consumida e uma redução expressiva do custo de energia pela redução dos bombeamentos nos horários de tarifas mais elevadas. / This work presentss an evaluation of optimization of real time operation of a complex water supply system. Genetic Algorithm associated with a SCADA system and a network hydraulic simulation model was applied. Observed historic consumptions were used as a perfect water demand forecast model. Case study is the optimization of a multiobjective function (energy cost and operational restrictions) subsystem of Water Mains System of São Paulo Metropolitan Region. Six representative combinations of population size, number of generations , crossover and mutation probabilities were analyzed, Operational schedule of pumping and valve controls led to reductions in power consumptions up to 22% and expressive lower operational costs due to reductions of pumping in eenrgy peak times.

As mudanças físicas ocorridas ao longo do tempo requerem que os modelos hidráulicos de previsão de comportamento das redes de distribuição de água para abastecimento tenham seus parâmetros reavaliados periodicamente via calibração. Diversas são as dificuldades inerentes ao processo de calibração de redes reais, dentre as quais aquelas resultantes da precariedade dos cadastros, como a incerteza quanto à localização e condição de abertura de válvulas na rede. Muitos métodos de calibração foram propostos na literatura, geralmente com base em equações analíticas e técnicas de otimização diversas. Reconhece-se, entretanto, a necessidade de estimativas dos parâmetros da rede em termos das rugosidades e dos parâmetros locais da relação entre pressão e vazamento, para sistemas sujeitos a vazamentos expressivos. Propõe-se aqui um método de calibração em duas etapas em que os AGs (algoritmos genéticos) são empregados como ferramenta na resolução dos problemas inversos correspondentes, sendo os estudos realizados para setores de rede da cidade de São Carlos, SP, sobre os quais extensivos trabalhos de campo foram realizados. Foram desenvolvidos também estudos de investigação da melhor representação do problema via AGs e de localização de pontos ótimos de monitoramento. Os resultados demonstraram-se robustos em identificar rugosidades e trechos dotados de válvulas, bem como os parâmetros do modelo de vazamentos, além de indicar possibilidades de melhorias na eficiência dos AGs. Resultados obtidos a partir de considerações sobre técnicas de localização de pontos ótimos de monitoramento também foram considerados bons. / Continuous physical changes that occur in water supply networks along the years require their calibration in order to guarantee realistic forecasts through hydraulic models. There are many difficulties involved in water supply network calibration in terms of their parameters as results of many factors, amongst which the lack or uncertainty on data like location and status of valve openings in the network. Several calibration methods have been proposed in the literature, usually based on many analytical equations and optimization techniques. However, it was known the need of estimative of network parameters in proper form of roughnesses and local parameters of relation between pressure and leakage, for systems submitted to expressive leakages. This work proposes a method of calibration in two phases in which the GAs (genetic algorithms) are used as tools in the resolution of corresponding inverse problems, being the studies performed for sectors of the network of the city of São Carlos, SP, about which extensive field work had been done. It was developed, also, studies investigating of the best representation of problem through GAs and the localization of optimal points for monitoring. The results have showed themselves robust in the identification of roughnesses and sections having valves, as well as the parameters of leakage model, besides to indicate possibilities of improvements in GA\'s efficiency. The results that have been obtained from considerations aboutlocalization techniques of optimal points for monitoring were considered good as well.

Esta pesquisa diz respeito à proposta de usar a avaliação e gestão de risco como instrumento para controle da qualidade da água para consumo humano e operação de redes de distribuição. Em 2004 a Organização Mundial da Saúde - OMS - apresentou uma proposta abrangente para controle da qualidade da água denominada PSA, na qual foi indicado um processo sistemático para identificação de perigos e procedimentos de gestão e controle de riscos. Segundo a OMS, o maior benefício em se desenvolver planos desta natureza é a sistematização, avaliação detalhada e a priorização de perigos - além de monitoramento operacional através de múltiplas barreiras de controle. Este trabalho tem como objetivo examinar a pertinência de utilizar a avaliação de risco na operação de redes de distribuição e no controle da qualidade da água para consumo humano. Para tanto foi estudado como os conceitos de avaliação e de gestão de risco podem ser especificamente aplicados em redes de distribuição de água. Este estudo possibilitou a identificação e caracterização de variáveis relevantes, as quais possibilitaram definir critérios e parâmetros, a partir dos quais foi possível elaborar método para a avaliação de risco microbiológico em redes de distribuição de água, baseado nos estudos de Godfrey et. al. (2002) e Tibatemwa (2003). A avaliação e a validação do instrumento proposto foram feitas por meio de estudo de caso desenvolvido no sistema de abastecimento de água de Itatinga, cidade de pequeno porte situada no interior do Estado de São Paulo. O método proposto propiciou conhecer em detalhes como é feita a gestão da rede de distribuição de água, indicou situações de perigo e, principalmente, permitiu quantificar os referidos riscos. A partir da compreensão dos riscos avaliados, através do modelo foi possível observar o efeito sinérgico de determinadas intervenções, tais como a substituição de tubulações com elevada pontuação de risco. O método proposto mostrou ser eficaz na identificação e caracterização dos riscos microbiológicos que envolvem a operação e o controle da qualidade da água em redes de distribuição. / The basis of this study corresponds to using risk management and evaluation as a tool for the control of the quality of water for human consumption and operation of water distribution networks. The need for developing and implementing a new way to control the quality of water intended for human consumption is identified and debated in this research due to evident limitations of the current \"Final Product Analysis\" in assuring reliability of the water distributed to the population. In 2004, the World Health Organization - WHO presented a comprehensive proposal for water quality control denominated WSP, Water Safety Plan, in which a systematic process for identifying hazards, management procedures, and risk control is indicated. According to WHO, the greatest benefits of developing plans such as this one are systematization, detailed evaluation, and prioritizing hazards, besides the operational monitoring through the multi-barrier control. The objective of this research is to discuss the use of risk evaluation in water distribution networks and in the control of the quality of water for human consumption. The application of risk management and evaluation concepts in water distribution networks was investigated. Therefore, it was possible to identify and characterize relevant variables, which enabled to define criteria and parameters in order to develop a methodology to evaluate the microbiological risk in water distribution networks based on the studies of Godfrey et al. (2004) and Tibatemwa (2003). The assessment and validation of the measures proposed were done through the analysis of a case study conducted in a water supply station in Itatinga, a small town located in the province of São Paulo state. The methodology proposed allowed a thorough investigation of the management of water distribution networks, identified risks, and mainly it made possible to quantify those risks. Having evaluated the risks, the synergistic effect of some operations, such as the substitution of pipes associated with high risk, could be observed using the model. The methodology proved efficient at identifying and characterizing the microbiological risks involved in the operation and control of water quality in water distribution networks.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho apresenta um modelo computacional para o dimensionamento otimizado de mÃnimo custo em redes de distribuiÃÃo de Ãgua. O modelo à um complemento do sistema UFC4 (MÃdulo para dimensionamento de redes de abastecimento de Ãgua). O modelo utiliza a tÃcnica dos Algoritmos GenÃticos e a simulaÃÃo hidrÃulica à feita pelo EPANET. Foram feitas vÃrias simulaÃÃes variando individualmente cada parÃmetro do algoritmo para se obter um melhor desempenho em termos de convergÃncia, tempo de processamento e qualidade final das soluÃÃes. Seu resultado à comparado ao obtido pelo LENHSNET para a mesma rede. O custo comparado foi o de implantaÃÃo das tubulaÃÃes. O modelo proposto se mostrou satisfatÃrio para o dimensionamento otimizado de redes de distribuiÃÃo de Ãgua. / This work presents a computational model for the dimensioning of optimized minimum cost of water distribution network. The model is an addition to the system UFC4(module for dimensioning water supply networks). The model uses the technique of Genetic Algorithms and the hydraulic simulation is done by EPANET. Multiple simulations have been made individually varying each parameter in the algorithm to achieve better performance in terms of convergence, processing time and the final of the quality solutions. Its results is compared to that obtained by LENHSNET for the same network. The cost compared was the of implementation of pipes. The proposed model has proved satisfactory for optimized dimensioning of network.