Employment of the inverse transient analysis to leakage detection in water distribution networks

Wycieki wody z sieci dystrybucyjnej są znaczącym problem przedsiębiorstw wodociągowych. Analiza tego zjawiska jest trudna, ponieważ wycieki wody są najczęściej skutkiem losowo występujących uszkodzeń przewodów. W pracy przedstawiono metody wykrywania wycieków w przewodach na podstawie analizy krótkotrwałych stanów przejściowych występujących w sieciach wodociągowych. Analiza ta należy do rodziny metod ITA (inverse transient analysis) i wymaga wygenerowania krótkotrwałych stanów – zazwyczaj ciśnienia i/lub przepływu – o dopuszczalnej wartości i ich opomiarowania w odpowiednich miejscach sieci wodociągowej. Istotną cechą metod krótkotrwałych zdarzeń jest to, że wywołują one duże zmiany w pomiarach ciśnienia w krótkim czasie. Podstawowym czynnikiem wykrywania nieszczelności jest dokładna kalibracja nieustalonych zdarzeń i określenie odpowiednich warunków brzegowych. Na podstawie zebranych danych dotyczących ciśnienia w sieci można obserwować występowanie przemijających zdarzeń i minimalizować różnice między parametrami obserwowanymi i obliczonymi. Metody ITA zostały przetestowane i sprawdzone głównie w warunkach laboratoryjnych. Na podstawie przedstawionej w pracy analizy podano praktyczne możliwości i trudności w stosowaniu tych metod w rzeczywistych systemach wodociągowych.Leakage from water pipe networks is a significant problem for water distribution companies. An analysis of those events is quite difficult because leakages result mostly from randomly occurring damages. In this paper, methods of leakage detection in water pipes are presented on the basis of analysis of short-lived transient states in water pipe networks. This analysis belongs to the family of Inverse Transient Analysis (ITA) methods and requires generation of short-lived states of acceptable values, mainly of pressure and/or flow, and their measurement at suitable points of the network. An important feature of methods aimed at short-lived events is provocation of significant changes in pressure measurements within a short period of time. A key factor in leak detection is precise calibration of transient events and determination of adequate boundary conditions. By using the collected pressure data it is possible to observe the occurrences of transient events and to minimize the difference between the observed and the calculated parameters. The ITA methods were tested and verified mainly in laboratory conditions. Major practical issues and difficulties in applying those methods in the actual water supply systems are discussed on the basis of the presented analysis

Potential applications of geographic information system in waterworks

System informacji geograficznej (GIS - Geographic Information System) jest stosowany do zarządzania sieciami wodociągowycmi i kanalizacyjnymi zarówno na świecie, jak i w Polsce co najmniej od kilkunastu lat. Podano ogólną charakterystyką GIS, ze szczególnym uwzględnieniem funkcji i podstawowych elementów jakie tworzą te systemy. W artykule przedstawiono wyniki pilotowego wdrożenia GIS do ewidencji sieci wodociągowej w wybranym osiedlu liczącym ok. 24 tys. mieszkańców. W projekcie wykorzystano oprogramowanie specjalistyczne Mb_GIS Start Edition firmy Megabit z Warszawy. Dzięki temu możliwe było wprowadzenie do bazy danych o 360 odcinkach przewodów, 24 zasuwach i 49 hydrantach. Efekty wdrożenia GIS pokazano na przykładowym fragmencie sieci wodociągowej. Optymalnym rozwiązaniem byłoby stworzenie mapy cyfrowej miasta obejmującej wszystkie rodzaje sieci. Takie podejście umożliwiłoby stworzenie kompleksowych zasobów informacji o uzbrojeniu terenu miasta. Dzięki temu również koszty wdrożenia i późniejszego utrzymania bazy danych byłyby niższe, gdyż rozłożyłyby się na poszczególne przedsiębiorstwa branżowe.The Geographic Information System (GIS) has been used to manage water-pipe and sewerage networks all over the world (including Poland) for at least a decade. A general characterization of the GIS is given, particular consideration being focused on the function of the basic elements that form such systems. In the paper presented are the results of a pilot study on the implementation of the GIS into the records of the water-pipe network in a residential area of choice with a population of approximately 24 thousand. The project was carried out using a specialized software, Mb_GIS Start Edition (made by Megabit, Warsaw). With this software it was possible to load the database with information about 360 pipeline sections, 24 gate valves and 49 hydrants. The advantages of implementing the GIS are shown taking a fragment of the water-pipe network as an example. Seemingly, the construction of a digital map of the town that includes all network types is an optimal solution, which enables comprehensive resources of information on the territorial development to be established. Then, also the costs involved in the implementation and maintenance of the database will be lower as they can be borne by particular branch enterprises

Heavy metal content of water exposed to cement lining in the water pipe

Mechanizm wymywania z cementu toksycznych metali ciężkich nie został jeszcze dokładnie rozpoznany. Istnieje wiele czynników mających wpływ na ten proces, jak np. jakość przepływającej wody, a zwłaszcza jej pH, zasadowość, temperatura, zawartość chloru itp. Wpływ mają także skład i mikrostruktura wykładziny cementowej rur wodociągowych. W badaniach modelowych określono zawartość wybranych metali ciężkich (ICP-OES, ICP-MS) w wodzie przed i po 6-miesięcznym czasie eksploatacji rurociągu z żeliwa sferoidalnego z wykładziną cementową. Stwierdzono, że zawartość pierwiastków śladowych (Ba, Fe, K, Ni, Mg, Na, Sr, Zn, V, Cd, Pb, Mn, Cu i As) w wodzie kontaktującej się zarówno z nową wykładziną cementową, jak i po 6-miesięcznej eksploatacji przewodu była niewielka, w większości przypadków poniżej progu detekcji (ICP-OES). Badania strukturalne wykładziny cementowej wykonane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej wykazały, że cienka warstewka kalcytowa pokrywająca zaczyn cementowy na wewnętrznej powierzchni rury bardzo szybko uległa zniszczeniu, jednakże jej skład chemiczny nie uległ zmianie po 6-miesięcznej eksploatacji układu badawczego. W miejscach zniszczenia wykładziny cementowej stwierdzono obecność znacznej liczby igiełek ettringitu, świadczących o rozpoczynającej się korozji betonu.The mechanism governing the release of toxic heavy metals from cement is still far from being well understood. The process is influenced by a diversity of factors such as the quality of the water flowing in the pipes (especially its pH, alkalinity, temperature and chlorine content), or the composition and microstructure of the internal lining applied. This paper reports on model investigations into the presence of selected heavy metals (determined by ICP-OES and ICP-MS) in the water before and after 6-month service. It has been found that in the majority of instances the trace element content (Ba, Fe, K, Ni, Mg, Na, Sr, Zn, V, Cd, Pb, Mn, Cu and As) was below the detection threshold (ICP-OES), regardless of whether the water was exposed to a fresh lining or after six months of service. Structural examinations of the cement lining by scanning electron microscopy (SEM) have produced the following findings: the thin calcite layer covering the cement paste on the internal surface of the pipe was destroyed within a very short time, the chemical composition of the layer, however, remained unchanged after 6-month service of the pipe being tested. At the points of cement lining destruction a large number of ettringite needles was detected, which is indicative of the onset of concrete corrosion

Steady-state photoinduced absorption of CdSe/CdS octapod shaped nanocrystals

Colloidal branched nanocrystals have been attracting increasing attention due to evidence of an interesting relationship between their complex shape and charge carrier dynamics. Herein, continuous wave photoinduced absorption (CW PIA) measurements of CdSe/CdS octapod-shaped nanocrystals are reported. CW PIA spectra show strong bleaching due to the one-dimensional (1D) CdS pod states (480 nm) and the zero-dimensional (0D) CdSe core states (690 nm). The agreement with previously reported ultrafast pump-probe experiments indicates that this strong bleaching signal may be assigned to state filling. Additional bleaching features at 520 and 560 nm are characterized by a longer lifetime and are thus ascribed to defect states, localized at the pod-core interface of the octapod, showing that some of the initially photogenerated carriers get quickly trapped into these long-lived defect states. However, we remark that a relevant part of electrons remain untrapped: this opens up the opportunity to exploit octapod shaped nanocrystals in photovoltaics applications, as electron acceptor materials, considering that several efficient hole extracting materials are already available for the realization of a composite bulk heterojunction

Plasmon Dynamics in Colloidal Cu(2-x)Se Nanocrystals

The optical response of metallic nanostructures after intense excitation with femtosecond-laser pulses has recently attracted increasing attention: such response is dominated by ultrafast electron-phonon coupling and offers the possibility to achieve optical modulation with unprecedented terahertz bandwidth. In addition to noble metal nanoparticles, efforts have been made in recent years to synthesize heavily doped semiconductor nanocrystals so as to achieve a plasmonic behavior with spectrally tunable features. In this work, we studied the dynamics of the localized plasmon resonance exhibited by colloidal Cu(2-x)Se nanocrystals of 13 nm in diameter and with x around 0.15, upon excitation by ultrafast laser pulses via pump-probe experiments in the near-infrared, with similar to 200 fs resolution time. The experimental results were interpreted according to the two-temperature model and revealed the existence of strong nonlinearities in the plasmonic absorption due to the much lower carrier density of Cu(2-x)Se compared to noble metals, which led to ultrafast control of the probe signal with modulation depth exceeding 40% in transmission

Hierarchical self-assembly of suspended branched colloidal nanocrystals into superlattice structures

Self-assembly of molecular units into complex and functional superstructures is ubiquitous in biology. The number of superstructures realized by self-assembly of man-made nanoscale units is also growing. However, assemblies of colloidal inorganic nanocrystals1, 2, 3 are still at an elementary level, not only because of the simplicity of the shape of the nanocrystal building blocks and their interactions, but also because of the poor control over these parameters in the fabrication of more elaborate nanocrystals. Here, we show how monodisperse colloidal octapod-shaped nanocrystals self-assemble, in a suitable solution environment, on two sequential levels. First, linear chains of interlocked octapods are formed, and subsequently the chains spontaneously self-assemble into three-dimensional superstructures. Remarkably, all the instructions for the hierarchical self-assembly are encoded in the octapod shape. The mechanical strength of these superstructures is improved by welding the constituent nanocrystals togethe