Budownictwo i Inżynieria Środowiska
6/15, DOI: 10.7862/rb.2015.6
PRZEGLĄD METOD WYZNACZANIA LOKALIZACJI PUNKTÓW MONITORINGU JAKOŚCI WODY W SIECI WODOCIĄGOWEJ
Ewa HOŁOTA, Beata KOWALSKA
DOI: 10.7862/rb.2015.6
Streszczenie
Jednym z elementów zarządzania jakością wody w sieciach wodociągowych jest monitoring jej jakości. Ma on na celu zarówno kontrolę i ocenę jakości dostarczanej wody, jak również wczesne wykrycie zdarzenia zanieczyszczenia i szybką reakcję na nie. W większości krajów obowiązujące przepisy wymagają monitorowania jakości wody, lecz nie wskazują, w jaki sposób mają być określone reprezentatywne lokalizacje umieszczania czujników jakości wody. Obecnie obowiązujące przepisy prawne regulują jedynie zakres oznaczeń i częstotliwość prowadzenia badań w systemach wodociągowych. Wybór miarodajnych punktów pomiarowych jakości wody w systemie dystrybucji jest problemem bardzo złożonym i kluczowym w planowaniu monitoringu. Wymaga on dobrej znajomości warunków hydraulicznych pracy sieci, a także przeprowadzenia analiz historycznych zmian jakości wody ujmowanej, uzdatnionej i wtłaczanej do sieci wodociągowej. Ze względu na brak szczegółowych wytycznych co do lokalizacji punktów pomiarowych dla celów monitoringu systemów wodociągowych utworzono wiele metod umożliwiających lokalizowanie punktów pomiarowych w sieciach dystrybucji wody. Jednakże dotychczas nie udało się wybrać jednej, uniwersalnej metody, która byłaby referencyjna w stosunku do innych. Z powodu dużej różnorodności metod lokalizacji punktów badania jakości wody istnieje konieczność opracowania metodyki oceny ich skuteczności. Niniejsza praca stanowi przegląd literatury dotyczącej monitoringu jakości wody. Przedstawiono w niej problemy związane z monitorowaniem jakości wody oraz zaprezentowano przegląd metod stosowanych do wyznaczania lokalizacji punktów monitoringu jakości wody.
Literatura
- Aasgaard G., Berg J.D., Nesgard B., Ratnaweera H., Wathne B.M., Degestand K., Lenes G.: On-line monitoring of water quality: Hygienic control, increased treatment efficiency, updated environmental information and cost reduction,
- 13 Special Subject. IWSA World Congress, Madrid 1997, pp. SS13-1-HSS13-4.
- Al-Zahrani M.A.: Identifying water quality sampling stations in Al-Khobar water distribution system. Kingdom of Saudi Arabia, Arab Gulf Journal of Scientific Research, vol. 22, issue 3, 2004, pp. 130-137.
- Al-Zahrani M.A., Moeid K.: Locating optimum water quality monitoring stations in water distribution system. ASCE World Water & Environmental Resources Congress, 2001, pp. 393-402.
- Al-Zahrani M.A., Moeid K.: Optimizing water quality monitoring stations using genetic algorithms. Arabian Journal for Science and Engineering, no. 28(1B), 2003, pp. 57-75.
- Berger-Wolf T., Hart W., Saia J.: Discrete sensor placement problems in distribution networks. Mathematical and Computer Modelling, no. 42(13), 2005, pp. 1385-1396.
- Berry J.W., Hart W.E., Phillips C.A., Uber J.: A general integer-programming-based framework for sensor placement in municipal water networks. ASCE World Water and Environmental Resources Congress 2004, pp. 455-465.
- Berry J.W., Hart W.E., Phillips C.A., Watson J.P.: A facility location approach to sensor placement optimization. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Berry J.W., Hart W.E., Phillips C.A., Watson J.-P.: Scalability of integer programming computations for sensor placement in water networks. ASCE World Water and Environmental Resources Congress, 2005, pp. 281-293.
- Berry J.W., Fleischer L., Hart W.E., Phillips C.A., Watson, J.-P.: Sensor placement in municipal water networks. ASCE Journal of Water Resources Planning and Management, no. 131(3), 2005, pp. 237-243.
- Berry J.W., Hart W.E., Phillips C.A., Uber J.G., Watson J.-P.: Validation and assessment of integer programming sensor placement models. ASCE World Water and Environmental Resources Congress, 2005, pp. 55-65.
- Carr R., Greenberg H., Hart W., Konjevod G., Lauer E., Lin H., Morrison T., Phillips C.: Robust optimization of contaminant sensor placement for community water systems. Mathematical Programming, no. 107(1), 2006, pp. 337-356.
- Church R., ReVelle C.: The maximal covering location problem. Papers in Regional Science, no. 32(1), 1974, pp. 101-118.
- Dojlido J., Zerbe J.: Instrumentalne metody badania wody i ścieków. Arkady, Warszawa 1997.
- Dorini G., Jonkergouw P., Kapelan Z., Savic D.: SLOTS: Effective algorithm for sensor placement in water distribution systems. Journal of Water Resources Planning and Management Division. ASCE, no. 136 (6), 2010, pp. 620-628.
- Dorini G., Jonkergouw P., Kapelan Z., di Pierro F., Khu S.T., Savic D.A.: An efficient algorithm for sensor placement in water distribution systems. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006, pp.
- 1-13.
- Du Preez L.A., Husselmann A.J., Acton N.R., Lange L.: Establishing
- a network of on-line monitors at the purification works and in the distribution network of Rand Water. Wat. Sci. Tech., vol. 37, no. 9, 1998, pp. 65-71.
- Dyrektywa Rady 98/83/EC z dnia 3 listopada 1998 r. dotycząca jakości wody przeznaczonej do konsumpcji przez ludzi. Official Journal of the European Communities. No. L. 330.5.12.98. pp. 32-54.
- Ehsani N., Afshar A.: Optimization of contaminant sensor placement in water distribution networks: Multi-objective approach. Water Distribution Systems Analysis, 2010, pp. 338-346.
- Eliades D., Polycarpou M.: Iterative deepening of Pareto solutions in water sensor Networks. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Eliades D., Polycarpou M.: Security issues in drinking water distribution networks. Proc. of the International Workshop on Computational Intelligence in Security for Information Systems CISIS’08 Advances in Soft Computing, vol. 53, 2009, pp. 69-76.
- Eliades D., Polycarpou M.: Security of water infrastructure systems critical information infrastructure security lecture notes in computer science, vol. 5508, 2009, pp. 360-367.
- Gatel D., Servais P., Block J.C., Bonne P., Cavard J.: Microbiological water quality management in the Paris suburbs distribution system. Aqua, vol. 49, no. 5, 2000, pp. 231-241.
- Geldreich E.E.: Microbial quality of water supply in distribution systems. CRC Lewis Publishers, London 1996.
- Ghimire S.R., Barkdoll B.D.: A heuristic method for water quality sensor location in a municipal water distribution system: Mass related based approach. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Ghimire S.R., Barkdoll B.D.: Heuristic method for the battle of the water network sensors: Demand-based approach. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Grimmefalt J., Johansson C.: Sampling for determination of the drinking water quality in Goteborg's distribution system, 6 Special Subject. IWSA World Congress, Madrid 1997, pp. SS6-4-SS6-7.
- Guan J., Aral M.M., Maslia M.L., Grayman W.M.: Optimization model and algorithms for design of water sensor placement in water distribution systems. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Gueli R.: Predator-prey model for discrete sensor placement. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Guidelines for drinking-water quality, 2nd ed., vol. 1., Recommendations. WHO, 2004.
- Harmant P., Nace A., Kiene L., Fotoohi F.: Optimal supervision of drinking water distribution network. ASCE 29th Annual Water Resources Planning and Management Conference, 1999, pp. 52-60.
- Hermanowicz W., Dojlido J., Dożańska W., Koziorowski B.: Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, wyd. 2. Arkady, Warszawa 1999.
- Huang J.J., McBean E.A., James W.: Multiobjective optimization for monitoring sensor placement in water distribution systems. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Isovitsch S.L., VanBriesen J.M.: Sensor placement and optimization criteria dependencies in a water distribution system. Journal of Water Resources Planning and Management, no. 134(2), 2008, pp. 186-196.
- Kessler A., Ostfeld A., Sinai G.: Detecting accidental contaminations in municipal water networks. ASCE Journal of Water Resources Planning and Management, no. 124(4), 1998, p. 192-198.
- Kowalski D.: Nowe metody opisu struktur sieci wodociągowych do rozwiązywania problemów ich projektowania i eksploatacji. PAN, Komitet Inżynierii Środowiska, Monografie, vol. 80, 2011.
- Kowalski D., Kowalska B.: Fractal classification of water supply networks. Proc. of 11th International Conference on Computing and Control for the Water Industry Urban Water Management: Challenges and Opportunities. Exeter, 5-9.09.2011,
- vol. 3, pp. 323-329.
- Kowalski D., Kwietniewski M.: Problem lokalizacji punktów pomiarowych w systemach monitoringu sieci wodociągowych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 6/2009, s. 24-29.
- Kowalski D., Kowalska B., Kwietniewski M.: Metoda lokalizacji punktów pomiaru jakości wody w systemie monitoringu sieci wodociągowej. Ochrona Środowiska, nr 3/2013.
- Kowalski D., Kowalska B., Kwietniewski M.: Propozycja metodyki oceny prawidłowości lokalizacji punktów monitorowania jakości wody w sieciach wodociągowych. Mat. konf. GIS „Modelowanie i monitoring w zarządzaniu systemami wodociągowymi i kanalizacyjnymi”. Warszawa 04.04.2011, s. 87-90.
- Krause A., Leskovec J., Guestrin C., VanBriesen J., Faloutsos C.: Efficient sensor placement optimization for securing large water distribution networks. Journal of Water Resources Planning and Management, vol. 134, no. 6, 2008, p. 516-526.
- Krause A., Leskovec J., Isovitsch S., Xu J., Guestrin C., VanBriesen J., Small M., Fischbeck P.: Optimizing sensor placements in water distribution systems using submodular function maximization. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Kumar A., Kansal M.L., Arora G.: Identification of monitoring stations in water distribution system. ASCE Journal of Environmental Engineering, no. 123(8), 1997, pp. 746-752.
- Kumar A., Kansal M.L., Arora G., Ostfeld A., Kessler A.: Detecting accidental contaminations in municipal water networks. ASCE Journal of Water Resources Planning and Management, no. 125(5), 1999, pp. 308-310.
- Kwietniewski M. (red.), Gębski W., Wronowski N.: Monitorowanie sieci wodociągowych i kanalizacyjnych. Wyd. Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Monografie, seria: Wodociągi i Kanalizacja, nr 10, Warszawa 2005.
- Kwietniewski M., Chudzicki J., Kowalski D., Kowalska B., Miszta-Kruk K., Wąsowski J.: Metodologia zarządzania jakością i ciśnieniem wody w sieciach wodociągowych. Projekt Badawczy Własny nr 4942/B/T02/2008/34 realizowany w latach 2008-2011. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 3/2012, s. 117-121
- Kwietniewski M., Kowalska B., Wąsowski J., Chudzicki J., Kowalski D., Miszta-Kruk K.: Problematyka zarządzania jakością wody w systemach dystrybucji. Gaz Woda i Technika Sanitarna, nr 3/2012, s. 117-121
- Lee B., Deininger R.: Optimal locations of monitoring stations in water distribution system. ACSE Journal of Environmental Engineering, no. 118(1), 1992, pp. 4-16.
- Leksykon naukowo-techniczny, wyd. piąte poprawione i uzupełnione. Wydaw-
- nictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.
- Levi Y.: Maintaining water quality in distribution systems. Mat. Międzynarodowej Konferencji „Zaopatrzenie w Wodę Miast i Wsi”, Poznań 1996, pp. 225-235.
- Matia L., Canto J., Lupon J., Salvatella N., Prats N., Alonso J.: The integral management of quality control in a public water supply through automatic control stations: A future perspective, 13 Special Subject. IWSA World Congress, Madrid 1997, pp. SS13-9-SS13-13.
- Ostfeld A., Salomons E.: Optimal early warning monitoring system layout for water networks security: Inclusion of sensors sensitivities and response delays. Civil Engineering and Environmental Systems, no. 22(3), 2005, pp. 151-169.
- Ostfeld A., Salomons E.: Optimal layout of early warning detection stations for water distribution systems security. ASCE Journal of Water Resources Planning and Management, no. 130(5), 2004, p. 377-385.
- Ostfeld A., Salomons E.: Securing water distribution systems using online conta-mination monitoring. ASCE Journal of Water Resources Planning and Management, no. 131(5), p. 402-405
- Ostfeld A., Salomons E.: Sensor network design proposal for the battle of the water sensor networks BWSN. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Ostfeld A., Kessler A., Goldberg I.: A contaminant detection system for early warning in water distribution networks. Engineering Optimization, no. 36(5), 2004, pp. 525-538.
- Ostfeld A. et al.: The battle of the water sensor networks (BWSN): A design challenge for engineers and algorithms. Journal of Water Resources Planning and Management, no. 134(6), 2008, pp. 556-568.
- PN-EN 805:2002: Zaopatrzenie w wodę. Wymagania dotyczące systemów zewnętrznych i ich części składowych.
- PN-EN ISO 5667-1:2008: Wytyczne dotyczące opracowywania programów pobierania próbek i technik pobierania próbek.
- Preis A., Ostfeld A.: Multiobjective sensor design for water distribution systems security. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Propato M., Piller O.: Battle of the water sensor networks. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r. w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U. z dnia 06.04.2007 r. Nr 61, poz. 417 z późn. zm.).
- Shastri Y., Diwekar U.: Sensor placement in water networks: A stochastic programming approach. ASCE Journal of Water Resources Planning and Management, no. 132(3), 2006, pp. 192-203.
- Studziński J.: Wspomaganie zarządzania miejskim przedsiębiorstwem wodociągowym za pomocą informacji z systemów monitoringu i mapy numerycznej. Polskie Stowarzyszenie Zarządzania Wiedzą, seria: Studia i Materiały, nr 14, 2008.
- Sudoł M.: Monitoring jakości wody w systemie jej dystrybucji w świetle danych literaturowych i badań własnych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 3/2007,
- s. 17-22.
- Sudoł M.: Monitoring sieci wodociągowej dla potrzeb oceny niezawodności dostawy wody o wymaganej jakości. Politechnika Warszawska, Warszawa 2005.
- Trachtman G.B.: A ‘strawman’ common sense approach for water quality sensor site selection. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
- Tryby M.E., Uber J.G.: Representative water quality sampling in water distribution systems. ASCE World Water and Environmental Resources Congress 2001, pp. 404-413.
- Tryby M.E., Boccelli D.L., Uber J.G., Rossman L.A.: Facility location model for booster disinfection of water supply networks. ASCE Journal of Water Resources Planning and Management, no. 128(5), 2002, p. 322-333.
- Uber J., Janke R., Murray R., Meyer P.: Greedy heuristic methods for locating water quality sensors in distribution systems. Critical Transitions in Water and Environmental Resources Management, 2004, pp. 1-9.
- Urbaniak A., Winkowski M.: Monitorowanie pracy sieci wodociągowej na obszarze aglomeracji miejskiej. Mat. Międzynarodowej Konferencji „Zaopatrzenie
- w wodę miast i wsi”, Poznań 1996, s. 619-635.
- Ustawa o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i odprowadzaniu ścieków. Dz.U. z dnia 13 lipca 2001 r. Nr 72, poz. 747.
- Watson J.-P., Greenberg H.J., Hart W.E.: A multiple-objective analysis of sensor placement optimization in water networks. ASCE World Water and Environmental Resources Congress, 2004, pp. 456-465.
- Watson J.-P., Hart W.E., Berry J.W.: Scalable high-performance heuristics for sensor placement in water distribution networks. ASCE World Water and Environmental Resources Congress, 2005, pp. 282-29.
- Weickgenannt M., Kapelan Z., Blokker M., Savic D.: Optimal sensor placement for the efficient contaminant detection in water distribution systems. Water Distribution Systems Analysis, 2008, pp. 1-10.
- Weickgenannt M., Kapelan Z., Blokker M., Savic D.A.: Risk-based sensor placement for contaminant detection in water distribution systems. ASCE Journal
- of Water Resources Planning and Management Division, no. 136 (6), 2010, pp. 629-636.
- Woo H.-M., Yoon J.-H., Choi D.-Y.: Optimal monitoring sites based on water quality and quantity in water distribution systems. ASCE World Water and Environmental Resources Congress, 2001, p. 397-405.
- Wu Z.Y., Walski T.: Multiobjective optimization of sensor placement in water distribution systems. Proc. of 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium, Cincinnati 2006.
Podsumowanie
TYTUŁ:
PRZEGLĄD METOD WYZNACZANIA LOKALIZACJI PUNKTÓW MONITORINGU JAKOŚCI WODY W SIECI WODOCIĄGOWEJ
AUTORZY:
Ewa HOŁOTA (1)
Beata KOWALSKA (2)
AFILIACJE AUTORÓW:
(0) 1. Katolicki Uniwersytet Lubelski im. Jana Pawła II
2. Politechnika Lubelska
WYDAWNICTWO:
Budownictwo i Inżynieria Środowiska
6/15
SŁOWA KLUCZOWE:
sieć wodociągowa, monitoring, jakość wody, umiejscowienie czujnika
PEŁNY TEKST:
http://doi.prz.edu.pl/pl/pdf/biis/229
DOI:
10.7862/rb.2015.6
URL:
http://dx.doi.org/10.7862/rb.2015.6
DATA WPŁYNIĘCIA DO REDAKCJI:
2014-12-15
PRAWA AUTORSKIE:
Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów