تحلیل ریسک شکست مکانیکی و قابلیت اطمینان خطوط انتقال آب مدفون

نوع مقاله : مطالعه موردی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب، دانشکده عمران، آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکده عمران، آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 استاد مدعو، دانشکده عمران، آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

خطوط انتقال آب در حکم زیرساخت‌های حیاتی هر کشوری بوده و شکست آنها تبعات جبران‌ناپذیری به‌همراه دارد. در این پژوهش، تلاش شد تا با بررسی یک پروژه در دست احداث، متغیرهای تصادفی مؤثر در طراحی سیستم شناسایی ‌شده و ریسک شکست مکانیکی و قابلیت اطمینان سیستم انتقال آب، در دو گزینه لوله فولادی و لوله GRP محاسبه شود. به این منظور طیف وسیعی از متغیرهای طراحی سیستم شامل خصوصیات سازه‌ای لوله و جنس خاک همراه با توزیع احتمالاتی و هم‌بستگی متقابل بین آنها مشخص شد. در ادامه، به روش مونت کارلو با نمونه‌گیری لاتین هایپرکیوب و روش تجزیه چولسکی، متغیرهای تصادفی پایه به‌صورت یک توزیع نرمال چندمتغیره تولید شده و با توجه به معادلات سیستم، متغیرهای خروجی محاسبه شدند. سپس توابع توزیع تجمعی متغیرهای خروجی برای هر گزینه محاسبه شدند و در نهایت ریسک و قابلیت اطمینان سیستم بر اساس تعداد دفعات شکست سناریوها در گذر از کنترل‌های مشخص شده در دو گزینه محاسبه شد. نتایج پروژه بررسی شده نشان داد که قابلیت اطمینان سیستم برای لوله فولادی معادل 7/96 و برای لوله GRP برابر 4/86 درصد است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Mechanical Failure Risk and Reliability Analysis of Buried Water Pipelines

نویسندگان [English]

  • Saeedreza Asadollahi Kalkhoran 1
  • Saeed Alimohammadi 2
  • Masoumeh Behrouz 3
1 MSc. Graduate of Water Resources, Dept. of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Assoc. Prof., Dept. of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 Lecturer, Dept. of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Water Pipelines are vital infrastructures of any country and their failure may have severe consequences. In this article, an attempt has been made to investigate a real project, the important uncertain variables in the system design have been identified and the failure risk and reliability of the water conveyance system have been calculated in two alternatives of a steel pipeline and a GRP pipeline. A wide range of system design variables including pipe structural characteristics, soil types, probability distribution parameters, and the correlation between them were determined as a multivariate normal distribution using Cholesky decomposition method. In the following, the uncertainty analysis of the system was carried out using the Monte Carlo simulation via Latin hypercube sampling. Then the complementary cumulative distribution functions of the output variables were calculated for each alternative and finally, the risk and reliability of the system were calculated in two alternatives based on passing certain design controls. The results showed that the reliability of the system is equal to 96.7% for the steel pipeline and 86.4% for the GRP pipeline.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water Transmission System
  • Steel
  • GRP
  • Risk
  • Reliability

مراجع

Abdan Faraz Consulting Engineers, 2017. Summary Report of Designing Water Pipeline for Basht. Tehran, Iran. (In Persian)
AWWA. 1999a. Fiberglass Pipe Design, AWWA MANUAL M45. ASME. 1996. Welded Steel Pipe-Steel Plate Engineering Data-3.
AWWA. 1999b. Fiberglass Pipe Design, AWWA Manual M45. American Water Works Association Pub., Texas, USA.
AWWA. 2013. Steel Pipe Design Manual, AWWA Manual M11. American Water Works Association Pub., Texas, USA.
Debón, A., Carrión, A., Cabrera, E. & Solano, H. 2010. Comparing risk of failure models in water supply networks using ROC curves. Reliability Engineering and System Safety, 95(1), 43-48. https://doi.org/10.1016/j.ress.2009.07.004.
Engineering Affairs Department (EAD), 1999. Design and Installation Manual of Pipelines: Standard 185 Planning and Budget Organization Publisher, Tehran, Iran. (In Persian)
Kleiner, Y. and Rajani, B. 2014. Considering time-dependent factors in the statistical prediction of water main breaks NRC Publications Archive (NPArC) Archives des publications du CNRC (NPArC) Considering time-dependent factors in the statistical prediction of water main breaks Klei, AWWA, (January 2000).
Moser, A. P. & Folkman, S. 2008. Buried Pipe Design. 3rd Ed. McGraw-Hill Education. New York, USA.
Rajeev, P., Kodikara, J., Robert, D., Zeman, P. & Rajani, B. 2014. Factors contributing to large daimeter water pipe failure. Water Asset Management International, 10(3), 9-14.
Rezaei, H., Ryan, B. & Stoianov, I. 2015. Pipe failure analysis and impact of dynamic hydraulic conditions in water supply networks. Procedia Engineering, 119(1), 253-262. doi:10.1016/j.proeng.2015.08.883.
Kottegoda, N. T. & Rosso, R. 2008. Applied Statistics for Civil and Environmental Engineers. 2nd Ed. Blackwell Publishing. Oxford, UK.
Tung, Y. & Yen, B. C. 2005. Hydrosystems Engineering Uncertainty Analysis. ASCE Library, North American.
Tung, Y., Yen, B. C. & Melching, C. S. 2005. Hydrosystems Engineering Reliability Assessment and Risk Analysis. HKUST SPD, The Institutional Repository. Hong Kong University. https://hdl.handle.net/1783.1/11682.
مجله آب و فاضلاب
دوره 34، شماره 2 - شماره پیاپی 145
خرداد و تیر 1402
صفحه 36-51

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار