Modelação da qualidade da água de uma rede de abastecimento: aplicada a uma zona de Castelo Branco
Type
masterThesis
Creator
Identifier
201111004
Title
Modelação da qualidade da água de uma rede de abastecimento: aplicada a uma zona de Castelo Branco
Contributor
Albuquerque, Maria Teresa Durães
Ferreira, Ana Maria dos Santos
Ferreira, Ana Maria dos Santos
Subject
Modelação da qualidade da água
Epanet 2.0
Decaimento de cloro
Tempo de percurso da água
Custos e impacto ambiental
Water quality modelling
Epanet 2.0
Chlorine decay
Water travel times
Cost and environmental impact
Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil
Epanet 2.0
Decaimento de cloro
Tempo de percurso da água
Custos e impacto ambiental
Water quality modelling
Epanet 2.0
Chlorine decay
Water travel times
Cost and environmental impact
Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil
Date
2016-03-02T12:33:36Z
2016-03-02T12:33:36Z
2016-02
2016-03-02T12:33:36Z
2016-02
Description
Dissertação apresentada ao Instituto Politécnico de Castelo Branco para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Infraestruturas de Construção Civil, realizada sob a orientação científica da Doutora Maria Teresa Durães Albuquerque, Professora Adjunta da Unidade Técnico-científico de Engenharia Civil e coorientação científica da Mestre Ana Maria dos Santos Ferreira, Professora Adjunta da Unidade Técnico-Científica de Engenharia Civil, da Escola Superior de Tecnologia do Instituto Politécnico de Castelo Branco.
Um bom nível de serviço prestado e uma oferta segura aos consumidores, através de um eficaz controlo de qualidade da água na fonte e na rede de distribuição, é uma das metas mais importantes para uma Entidade Gestora. Os modelos de simulação de sistemas de distribuição de água são uma excelente ferramenta de apoio à decisão no planeamento, conceção e operação da rede. Além disso, contribuem de forma significativa na melhoria e entendimento sobre alguns parâmetros de qualidade da água, neste caso em estudo, cloro residual e idade da água. A tese apresentada explora a modelação hidráulica e de qualidade da água de um subsistema de distribuição consolidado que, após análise, avalia o impacto de um cenário operacional alternativo, demonstrando melhorias na qualidade da água. A rede em estudo pertence aos Serviços Municipalizados de Castelo Branco, em Portugal, que forneceu todos os dados. Esta abordagem visa a sensibilização das entidades de gestão, para a otimização dos cursos de água e consequente melhoria da qualidade de água fornecida aos consumidores. Para demonstrar o cenário preconizado utilizou-se o software de simulação hidráulica, Epanet 2.0, desenvolvido pela United States Environmental Protection Agency. A construção do modelo baseou-se em dados georreferenciados de infraestruturas disponíveis, bem como em valores sobre a concentração de cloro, obtidos através de várias amostras de água, colhidas em pontos estratégicos na rede de distribuição. Após calibração do modelo hidráulico, foi possível comparar os valores de concentração de cloro obtidos em campo, com os valores do modelo. De seguida, procedeu-se ao uso dos coeficientes de reação kb e kw do software Epanet, obtendo-se uma melhor calibração do modelo. Posteriormente foi criada uma simulação do mesmo modelo, com algumas válvulas fechadas, que otimizou os tempos de percurso da água, o que melhorou a quantidade de concentração de cloro. O caminho da água nas condutas de distribuição, de uma rede emalhada ou mista, pode ter os mais variados percursos, dependendo da variabilidade de consumo ou da manobra de válvulas de seccionamento. Acreditamos que este estudo contribuirá para uma gestão mais eficiente, na questão da otimização do tempo de percurso da água, nas redes de abastecimento, possibilitando melhorias na qualidade do serviço público, no que respeita à segurança da água. Nesta dissertação propõem-se outras formas de gestão da rede de abastecimento, visando a melhoria da qualidade da água, nas zonas em que se verifiquem problemas de estagnação. Assim, onde exista expansão lenta de consumidores, limite de redes ramificadas e zonas demograficamente baixas, sugerem-se novos procedimentos de atuação, nomeadamente na construção de equipamentos públicos/privados e no uso de consumidores móveis. Desta forma, será possível um aumento do consumo e consequente melhoria da qualidade da água fornecida, diminuindo a possibilidade de estagnação e descargas regulamentares. Esta atuação contribuirá para uma descida dos custos às entidades gestoras, assim como para a diminuição do impacto ambiental.
ABSTRACT: A good service level and a safe supply to consumers, through an effective water quality control in the source and in the distribution network, is one of the most important goals for an urban Water Utility. Simulation network models of water distribution systems are an excellent decision support tool for planning, design and network operation. In addition, they may contribute remarkably to improve and understand some water quality parameters as, in this case study, residual chlorine and water age. The thesis here presented explores hydraulic and water quality modelling throughout a consolidated distribution subsystem which, after analysis, assesses the impact of an alternative operational scheme, demonstrating water quality improvements. The network studied belongs to Serviços Municipalizados de Castelo Branco water utility, which provided all the information. This approach aims at raising the awareness of management companies for the optimization of water courses and the consequent improvement of the safe water quality which is provided to their customers. To demonstrate the recommended scenario, we used the hydraulic simulation computing model, Epanet 2.0, developed by the United States Environmental Protection Agency. The construction of the model was based on geo-referenced infrastructural data available, as well as on chlorine concentration data, obtained from several water samples, collected at strategic points of the distribution network. After hydraulic model calibration, it was then possible to compare the chlorine concentration values obtained in the field with model values. Afterwards, we used the kb and kw reaction coefficients of Epanet software, in order to achieve a better model calibration. Subsequently, a simulation of the same model was created, with some closed valves, optimizing the water travel times, which enhanced the amount of chlorine concentration. The course of water through a distribution pipe network may have the most varied paths, depending on the variability of demand and on the operational schemes. We believe that this study will contribute to a more efficient management of the issue of water travel time optimization in the supply networks, enabling improvements in the quality of the public service, with regard to water safety. In this thesis, we propose other forms of supply network management, aiming at improved water quality in areas with known stagnation problems. Therefore, in areas of slow consumer expansion, branched network limits or demographically lowlands, we suggest new procedures, namely in the construction of public/private equipments and in the use of mobile consumers. This way, it will be possible to increase the consumption and, consequently, to enhance the quality of the supplied water, reducing the possibility of stagnation and regulatory discharges. This action will contribute to a reduction in costs for the management company, as well as to a lower environmental impact.
Um bom nível de serviço prestado e uma oferta segura aos consumidores, através de um eficaz controlo de qualidade da água na fonte e na rede de distribuição, é uma das metas mais importantes para uma Entidade Gestora. Os modelos de simulação de sistemas de distribuição de água são uma excelente ferramenta de apoio à decisão no planeamento, conceção e operação da rede. Além disso, contribuem de forma significativa na melhoria e entendimento sobre alguns parâmetros de qualidade da água, neste caso em estudo, cloro residual e idade da água. A tese apresentada explora a modelação hidráulica e de qualidade da água de um subsistema de distribuição consolidado que, após análise, avalia o impacto de um cenário operacional alternativo, demonstrando melhorias na qualidade da água. A rede em estudo pertence aos Serviços Municipalizados de Castelo Branco, em Portugal, que forneceu todos os dados. Esta abordagem visa a sensibilização das entidades de gestão, para a otimização dos cursos de água e consequente melhoria da qualidade de água fornecida aos consumidores. Para demonstrar o cenário preconizado utilizou-se o software de simulação hidráulica, Epanet 2.0, desenvolvido pela United States Environmental Protection Agency. A construção do modelo baseou-se em dados georreferenciados de infraestruturas disponíveis, bem como em valores sobre a concentração de cloro, obtidos através de várias amostras de água, colhidas em pontos estratégicos na rede de distribuição. Após calibração do modelo hidráulico, foi possível comparar os valores de concentração de cloro obtidos em campo, com os valores do modelo. De seguida, procedeu-se ao uso dos coeficientes de reação kb e kw do software Epanet, obtendo-se uma melhor calibração do modelo. Posteriormente foi criada uma simulação do mesmo modelo, com algumas válvulas fechadas, que otimizou os tempos de percurso da água, o que melhorou a quantidade de concentração de cloro. O caminho da água nas condutas de distribuição, de uma rede emalhada ou mista, pode ter os mais variados percursos, dependendo da variabilidade de consumo ou da manobra de válvulas de seccionamento. Acreditamos que este estudo contribuirá para uma gestão mais eficiente, na questão da otimização do tempo de percurso da água, nas redes de abastecimento, possibilitando melhorias na qualidade do serviço público, no que respeita à segurança da água. Nesta dissertação propõem-se outras formas de gestão da rede de abastecimento, visando a melhoria da qualidade da água, nas zonas em que se verifiquem problemas de estagnação. Assim, onde exista expansão lenta de consumidores, limite de redes ramificadas e zonas demograficamente baixas, sugerem-se novos procedimentos de atuação, nomeadamente na construção de equipamentos públicos/privados e no uso de consumidores móveis. Desta forma, será possível um aumento do consumo e consequente melhoria da qualidade da água fornecida, diminuindo a possibilidade de estagnação e descargas regulamentares. Esta atuação contribuirá para uma descida dos custos às entidades gestoras, assim como para a diminuição do impacto ambiental.
ABSTRACT: A good service level and a safe supply to consumers, through an effective water quality control in the source and in the distribution network, is one of the most important goals for an urban Water Utility. Simulation network models of water distribution systems are an excellent decision support tool for planning, design and network operation. In addition, they may contribute remarkably to improve and understand some water quality parameters as, in this case study, residual chlorine and water age. The thesis here presented explores hydraulic and water quality modelling throughout a consolidated distribution subsystem which, after analysis, assesses the impact of an alternative operational scheme, demonstrating water quality improvements. The network studied belongs to Serviços Municipalizados de Castelo Branco water utility, which provided all the information. This approach aims at raising the awareness of management companies for the optimization of water courses and the consequent improvement of the safe water quality which is provided to their customers. To demonstrate the recommended scenario, we used the hydraulic simulation computing model, Epanet 2.0, developed by the United States Environmental Protection Agency. The construction of the model was based on geo-referenced infrastructural data available, as well as on chlorine concentration data, obtained from several water samples, collected at strategic points of the distribution network. After hydraulic model calibration, it was then possible to compare the chlorine concentration values obtained in the field with model values. Afterwards, we used the kb and kw reaction coefficients of Epanet software, in order to achieve a better model calibration. Subsequently, a simulation of the same model was created, with some closed valves, optimizing the water travel times, which enhanced the amount of chlorine concentration. The course of water through a distribution pipe network may have the most varied paths, depending on the variability of demand and on the operational schemes. We believe that this study will contribute to a more efficient management of the issue of water travel time optimization in the supply networks, enabling improvements in the quality of the public service, with regard to water safety. In this thesis, we propose other forms of supply network management, aiming at improved water quality in areas with known stagnation problems. Therefore, in areas of slow consumer expansion, branched network limits or demographically lowlands, we suggest new procedures, namely in the construction of public/private equipments and in the use of mobile consumers. This way, it will be possible to increase the consumption and, consequently, to enhance the quality of the supplied water, reducing the possibility of stagnation and regulatory discharges. This action will contribute to a reduction in costs for the management company, as well as to a lower environmental impact.
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