Koncepcja budowy systemu GIS i modelu hydraulicznego sieci

Koncepcja budowy systemu GIS
i modelu hydraulicznego
sieci wodociągowej
Zamawiający: Przedsiębiorstwo Komunalne w Czarnej Białostockiej sp. z o.o.
Wersja 1.1
Aktualność: 30 października 2015 r.
Metryka Dokumentu
Zawartość dokumentu:
Koncepcja budowy systemu GIS i modelu hydraulicznego sieci wodociągowej na zlecenie
Przedsiębiorstwa Komunalnego w Czarnej Białostockiej sp. z o.o. zgodnie z umową nr 1/GIS/2015
z dnia 19 października 2015 r.
Podmiot opracowujący:
Zespół GIS i modelowania matematycznego
AquaRD sp. z o.o.
ul. Złota 61/100, 00-819 Warszawa
tel.: 222578774, fax:222578776
www: http://aquard.pl, e-mail: [email protected]
Spółka wpisana do Rejestru Przedsiębiorców prowadzonego przez Sąd
Rejonowy dla m. st. Warszawy, XII Wydział Gospodarczy Krajowego
Rejestru Sądowego pod numerem KRS 0000159597
NIP 525-22-62-044, REGON 015445911
kapitał zakładowy 687 500,00 zł w całości opłacony
Historia zmian:
Wersja
Data wydania
Autor zmian
Opis zmian
1.0
2015-10-21
Jakub Bobrowski
Utworzenie dokumentu
1.1
2015-10-30
Jakub Bobrowski
Przegląd i uzupełnienie dokumentu
Zatwierdzenie dokumentu:
…………………………………………..
data
…………………………………………
podpis
Strona 2 z 26
…………………………………………….
pieczęć firmowa
Spis treści
I. Informacje wstępne .......................................................................................................................................................4
1.1. Cel powstania koncepcji.....................................................................................................................................4
1.2. Zakres koncepcji....................................................................................................................................................4
1.3. Skrócona charakterystyka Zamawiającego................................................................................................5
1.3.1. Podstawy działania......................................................................................................................................5
1.3.2. Skrócony opis infrastruktury ..................................................................................................................5
II. Logiczny model danych ..............................................................................................................................................7
2.1. Model danych przestrzennych ........................................................................................................................7
2.1.1. Podstawy teoretyczne ................................................................................................................................7
2.1.2. Modelowanie obiektów .............................................................................................................................7
2.2. Model danych do obliczeń hydraulicznych ............................................................................................. 13
2.2.1. Podstawy teoretyczne ............................................................................................................................. 13
2.2.2. Modelowanie obiektów .......................................................................................................................... 13
2.3. Powiązanie modelu GIS i modelu matematycznego ............................................................................ 15
III. Zakres danych ............................................................................................................................................................ 16
3.1. Zakres danych źródłowych i koncepcja zasilenia systemu danymi .............................................. 16
3.1.1. Zakres danych źródłowych ................................................................................................................... 16
3.1.2. Założenia do procesu zasilenia systemu GIS danymi ................................................................. 16
3.1.2. Minimalne wymagania w zakresie danych do modelu matematycznego .......................... 17
3.2. Rzeczywiste pomiary na sieci oraz kalibracja i weryfikacja wyników ........................................ 18
3.2.1. Kampania pomiarowa ............................................................................................................................. 18
3.2.2. Kalibracja i weryfikacja wyników ...................................................................................................... 18
IV. Opis oprogramowania ............................................................................................................................................ 20
4.1. Opis oprogramowania GIS ............................................................................................................................. 20
4.2. Opis oprogramowania do modelowania .................................................................................................. 21
V. Architektura systemu ............................................................................................................................................... 24
VI. Szkolenia użytkowników....................................................................................................................................... 26
Strona 3 z 26
I. Informacje wstępne
1.1. Cel powstania koncepcji
Celem powstania niniejszej koncepcji jest wskazanie danych (o sieci wodociągowej
i kanalizacyjnej oraz ich obiektach), metod i procedur, a następnie zdefiniowanie sposobu ich
wykorzystania przez Przedsiębiorstwo Komunalne w Czarnej Białostockiej sp. z.o.o (zwanej dalej
Zamawiającym):

do podejmowania decyzji (z wykorzystaniem oprogramowania GIS)

do nadzoru, planowania i reagowania kryzysowego (na podstawie obliczeń modelu
komputerowego sieci).
1.2. Zakres koncepcji
Koncepcja prowadząca do budowy systemu informacji przestrzennej (zwanego dalej: GIS)
i modelu hydraulicznego sieci wodociągowej obejmujących w swym zakresie zagadnienia
związane z zebraniem i usystematyzowaniem danych o sieci wodociągowej i kanalizacyjnej oraz
ich obiektach zakładała opis, wymaganych przez zamawiającego, następujących zagadnień:
a.
Zebranie i wprowadzenie danych do baz danych GIS,
b.
Dostarczenie oprogramowania, wykonanie modelu, przeprowadzenie kampanii
pomiarowej w celu uzyskania danych referencyjnych, kalibracja i weryfikacja modelu,
c.
Zakres szkolenia pracowników Zamawiającego;
d.
Dostarczenie oprogramowania do modelowania sieci wodociągowej, ewentualnego
oprogramowania pomocniczego, jeżeli nie jest w nie wyposażona standardowo
aplikacja do modelowania (np. do obróbki danych, edycji, porównywania oraz
analizowania ciągów pomiarowych).
e.
Zakres założeń analizy pracy sieci wodociągowej na podstawie opracowanego modelu
komputerowego systemu dystrybucji wody wraz z wytycznymi odnośnie działań
inwestycyjnych
i
usprawnieniem
hydrauliki
i wskazaniem
eksploatacyjnych,
planowanych
sieci,
działań
skutkujących
minimalizacją
poprawą
kosztów
inwestycyjnych
(np.
jakości
wody,
eksploatacyjnych
doposażenie
sieci
wodociągowej w reduktory ciśnienia, stacje hydroforowe).
Dodatkowo w ramach prac nad dokumentem koncepcja została uzupełniona o niezbędne
elementy dopełniające wyżej wymienione zagadnienia obligatoryjne.
Strona 4 z 26
1.3. Skrócona charakterystyka Zamawiającego
1.3.1. Podstawy działania
Przedsiębiorstwo Komunalne w Czarnej Białostockiej działające na zasadzie Zakładu
Budżetowego zostało powołane uchwałą nr XIX/59/91 Rady Miejskiej w Czarnej Białostockiej
z dnia 7 maja 1991 r. na podstawie art. 18 ust. 2 pkt. 9 lit. i ustawy z dnia 8 marca 1990 roku
o samorządzie terytorialny (Dz.U. nr 16 poz. 95).
Na podstawie art. 23 Ustawy z dnia 20 grudnia 1996 roku o gospodarce komunalnej (Dz. U. nr
9 poz.43 z późn. zm.) oraz uchwał XI/79/03 z dnia 30.09.2003 r. i XV/112/04 z dnia 27 stycznia
2004 r. Rady Miejskiej w Czarnej Białostockiej Przedsiębiorstwo Komunalne Zakład Budżetowy
Gminy Czarna Białostocka zostało przekształcone w jednoosobową spółkę z ograniczoną
odpowiedzialnością.
Z dniem 31 marca 2004 roku Spółka została zarejestrowana w Sądzie Gospodarczym
Krajowego Rejestru Sądowego w Białymstoku pod numerem KRS 0000202586 i prowadzi
działalność pod nazwą „Przedsiębiorstwo Komunalne” w Czarnej Białostockiej Spółka
z ograniczoną odpowiedzialnością.
Celem działania spółki jest m.in. realizacja obowiązków gminy w zakresie zbiorowego
zaopatrzenia w wodę i odprowadzania ścieków komunalnych.
1.3.2. Skrócony opis infrastruktury
Na istniejącą infrastrukturę Gminy Czarna Białostocka składają się:

system uzdatniania wody,

sieć wodociągowa,

oczyszczalnia ścieków,

sieć kanalizacyjna.
Gmina Czarna Białostocka zasilana jest z ujęcia w Czarnej Białostockiej, w Czarnej Wsi
Kościelnej i w Niemczynie. System sieci wodociągowych jest podzielony na trzy strefy, które są
zasilane z wyżej wymienionych ujęć wody.
Ujęcie miejskie w Czarnej Białostockiej zasila w wodę sieć wodociągową w mieście Czarna
Białostocka. Na terenie stacji wodociągowej zlokalizowane są dwie studnie głębinowe, budynek
technologiczny oraz zbiorniki naziemne wody uzdatnionej. Woda po uzdatnieniu kierowana jest
do dwóch zbiorników wyrównawczych. Ze zbiorników woda jest pobierana zestawem
hydroforowym składającym się z sześciu pomp i kierowana do miejskiej sieci wodociągowej.
Ujęcie wiejskie w Czarnej Wsi Kościelnej zaopatruje w wodę sieć wodociągową obejmującą:
wieś Czarna Wieś Kościelna – ulice: Wesoła, Stawowa, Górna, Okrężna, Ustronie, Ratowiecka; wsie
Strona 5 z 26
Klimki, Ruda Rzeczka, Wólka Ratowiecka, Złotoria i Złota Wieś. Na terenie stacji wodociągowej
zlokalizowane są dwie studnie głębinowe oraz budynek stacji uzdatniania wody wraz ze
zbiornikami hydroforowymi.
Ujęcie wiejskie w Niemczynie zaopatruje w wodę mieszkańców następujących miejscowości:
Niemczyn, Oleszkowo, Chmielnik, Brzozówka Strzelecka, Brzozówka Ziemiańska, Brzozówka
Koronna, Łapczyn, Zdroje, Jezierzysk, Osierodek, Kosmaty Borek, Karczmisko, Czarna Wieś
Kościelna ulice: Szkolna, Piękna, Świętojańska, Szapela, Cicha, Sosnowa, Wierzbowa; Czarna
Białostocka ulice: Wrzosowa i Fabryczna do Parku Maszynowego. Na terenie stacji wodociągowej
zlokalizowane są dwie studnie głębinowe oraz budynek stacji uzdatniania wody z hydrofiltrem.
Sieć wodociągowa na terenie gminy na koniec 2014 r. miała długość 95 789 m. Na terenie
gminy Czarna Białostocka wiele odcinków sieci wodociągowej, jak i kanalizacyjnej znajduje się
w złym stanie technicznym, co powoduje awarie i przerwy w dostawie wody, jak również
problemy z odbiorem ścieków od mieszkańców i przedsiębiorstw funkcjonujących na
omawianym terenie. Część mieszkańców nadal zasila swoje domy w wodę ze studni kopanych lub
wierconych.
Sieć kanalizacyjna na terenie gminy na koniec 2014 r. miała długość 50 420 m. Na terenie
gminy Czarna Białostocka znajduje się 27 przepompowni ścieków i 4 tłocznie. Wszystkie ścieki
kierowane są na oczyszczalnię ścieków zlokalizowaną w Czarnej Białostockiej przy ul. Fabrycznej.
Jest to oczyszczalnia typu SBR o przepustowości technologicznej Qdmax = 2 500 m3/d, Qhmax =
150 m3/h.
Strona 6 z 26
II. Logiczny model danych
2.1. Model danych przestrzennych
2.1.1. Podstawy teoretyczne
Model danych przestrzennych określa sposób odwzorowania obiektów świata rzeczywistego
w aspekcie ich specyficznego kształtu, położenia w przestrzeni, a także istniejących między nimi
relacji. Bazą do realizacji modelu jest użycie podstawowych elementów geometrycznych dających
się wyróżnić ze względu na kryterium ilości ich wymiarów w przestrzeni. Dla zastosowań
podstawowych
przyjęło
się
korzystać
z
elementów
zerowymiarowych
(punktów),
jednowymiarowych (linii) oraz dwuwymiarowych (obszarów) tworząc z nich obiekty proste –
punktowe, liniowe lub powierzchniowe lub ze względu na specyficzne uwarunkowania obiekty
złożone stanowiące zmultiplikowane obiekty typów podstawowych, np. obiekty powierzchniowe
złożone z kilku rozłącznych obszarów oraz obiekty powierzchniowe zawierające w sobie inne
obiekty powierzchniowe, których granice się nie przecinają.
Ze względu na fakt, iż w świecie rzeczywistym obiekty tworzą miedzy sobą różne konfiguracje zjawisk przestrzennych, istotnym elementem jest odwzorowanie wzajemnych relacji
przestrzennych (topologicznych) pozwalające na znalezienie logicznych zależności pomiędzy
obiektami i wyciąganie na ich podstawie wniosków.
W przypadku modelu logicznego niezbędnego do odwzorowania sieci wodociągowej lub
kanalizacyjnej niezbędne jest zastosowanie modelu wektorowego, który z definicji pozwala na
jawne określenie geometrii obiektów sieci (opisane współrzędnymi wierzchołków obiektu) oraz
ich bezpośrednie połączenie z atrybutami opisującymi ich charakterystyczne parametry.
Opisywane wdrożenie wymaga ponadto, głównie do celów referencyjnych, zastosowania
danych zapisanych w modelu rastrowym (zapisującego dane w postaci regularnych elementów
powierzchniowych zwanych pikselami) – głównie dla materiałów pochodzących ze skanowania
papierowych map i planów, a także zdjęć lotniczych, czy produktów powstałych w wyniku
skanowania laserowego.
2.1.2. Modelowanie obiektów
Model danych GIS powinien składać się z klas (typów definiujących strukturę i zachowanie
obiektów) pozwalających na odwzorowanie obiektów świat rzeczywistego, z podziałem na klasy
modelu wektorowego i rastrowego. Model powinien definiować słowniki, punkty integracji
z systemami informatycznymi Zamawiającego (baza danych wodomierzy, system SCADA,
informacje o awariach) oraz zależności topologiczne pomiędzy obiektami.
Strona 7 z 26
1. Atrybuty klas obiektów

Sposób pozyskania danych
1.1. Sieć wodociągowa

Źródło danych

Status
1.1.1. Przewód wodociągowy
1.1.4. Armatura regulacyjna

Rodzaj sieci

Funkcja przewodu

Rodzaj armatury

Długość

Nastawa [m słupa wody]

Długość obliczeniowa

Średnica

Materiał

Sterowanie

Średnica

Napęd

Grubość ścianki

Stan

Producent

Producent

Rok budowy

Typ

Sposób pozyskania danych

Rok budowy

Źródło danych

Krzywa strat

Status

Opis dodatkowy

Sposób pozyskania danych
1.1.2. Przyłącze wodociągowe

Rodzaj sieci

Źródło danych

Długość

Status

Długość obliczeniowa

Materiał

Lokalizacja

Średnica

Numer eksploatacyjny

Grubość ścianki

Typ lokalizacji

Producent

Opis dodatkowy

Rok budowy

Sposób pozyskania danych

Sposób pozyskania danych

Źródło danych

Źródło danych

Status

Status
1.1.5. Punkt rozbioru wody
1.1.6. Wodomierz
1.1.3. Armatura zaporowa

Numer punktu rozbioru wody

Identyfikator w systemie

Rodzaj armatury

Średnica

Materiał

Napęd

Rodzaj sieci

Stan

Rodzaj stacji

Producent

Łączna wydajność pomp

Typ

Wydajność stacji

Rok budowy

Wydajność maksymalna stacji
bilingowym
1.1.7. Stacja hydroforowa
Strona 8 z 26

Ciśnienie gwarantowane

Poziom wody

Ciśnienie rzeczywiste

Poziom wody maksymalny

Tryb pracy

Producent

Numer eksploatacyjny

Numer eksploatacyjny

Producent

Minimalny poziom pracy

Numer katalogowy

Rzędna przelewowa

Nastawa

Rzędna dna

Sposób pozyskania danych

Rzędna góry

Źródło danych

Kształt zbiornika

Status

Armatura sterująca

Armatura upustowa
1.1.8. Ujęcie wody

Rodzaj sieci

Krzywa objętości

Rodzaj ujęcia

Rok budowy

Liczba studni głębinowych

Sposób pozyskania danych

Zatwierdzone zasoby

Źródło danych

Wydajność wg Pozwoleń

Status
wodnoprawnych
1.1.10. Hydrant

Wydajność nominalna ujęcia

Rodzaj hydrantu

Numer eksploatacyjny

Średnica

Data ważności decyzji

Producent
pozwolenia wodno-prawnego

Zasuwa

Głębokość

Numer eksploatacyjny

Numer katalogowy

Wydajność hydrantu

Producent

Pomierzone ciśnienie

Rzędna zwierciadła statycznego

Data pomiaru

Rzędna zwierciadła

Rok budowy
dynamicznego

Wysokość nasady

Sposób pozyskania danych

Uwagi

Źródło danych

Sposób pozyskania danych

Status

Źródło danych
1.1.9. Zbiornik

Status

Rodzaj sieci

Rodzaj zbiornika

Materiał

Stan władania

Metoda wykonania

Rodzaj sieci

Pojemność

Długość
1.2. Sieć kanalizacyjna
1.2.1. Przewód kanalizacyjny
Strona 9 z 26

Długość obliczeniowa

Rzędna włazu

Materiał

Rzędna dna

Typ rury - połączeń

Nawierzchnia

Rodzaj przekroju

Klasa włazu

Szerokość (średnica)

Rodzaj włazu

Rzędna początku przewodu

Data ostatniej wymiany włazu
[m n.p.m.]

Producent
Rzędna końca przewodu

Materiał studzienki
[m n.p.m.]

Funkcja studzienki

Spadek w ‰

Geodezyjny numer studni

Spadek wg projektu w ‰

Rok budowy

Producent

Sposób pozyskania danych

Rok budowy

Źródło danych

Sposób pozyskania danych

Status

Źródło danych

Status

1.2.4. Inne urządzenia kanalizacyjne

Rodzaj sieci
1.2.2. Przyłącze kanalizacyjne

Rodzaj urządzenia

Numer eksploatacyjny

Numer katalogowy

Rodzaj sieci

Producent

Długość

Numer eksploatacyjny

Długość obliczeniowa

Stan władania

Średnica

Data zainstalowania

Producent

Rok budowy

Materiał

Sposób pozyskania danych

Stan władania

Źródło danych

Numer studzienki włączeniowej

Status

Ilość studzienek pośrednich

Rok budowy

Sposób pozyskania danych

Wydajność

Źródło danych

Wysokość podnoszenia

Status

Moc

Obroty
1.3. Inne obiekty
1.3.1. Pompa
1.2.3. Studzienka kanalizacyjna

Numer eksploatacyjny

Zasilanie

Rodzaj sieci

Numer eksploatacyjny

Kształt studzienki

Falowniki

Rodzaj studzienki

Monitoring pracy
Strona 10 z 26

Charakterystyka pompy

Rodzaj AKP

Sposób pozyskania danych

Producent

Źródło danych

Miejsce instalacji

Status

Numer eksploatacyjny
1.3.2. Komora

Numer węzła pomiarowego

Rodzaj sieci

Identyfikator systemu SCADA

Kształt studzienki

Sposób pozyskania danych

Funkcja studzienki

Źródło danych

Materiał komory

Status

Rzędna włazu

Rzędna dna

Stan zdarzenia

Długość

Rodzaj sieci

Szerokość (średnica)

Typ zdarzenia

Wysokość robocza

Klasyfikacja zdarzenia

Klasa włazu

Opis zdarzenia

Materiał włazu

Numer zdarzenia

Producent

Treść zgłoszenia

Numer eksploatacyjny

Zgłaszający

Umiejscowienie

Data zgłoszenia

Wyposażenie

Przyjmujący zgłoszenie

Rodzaj

Klasyfikacja naprawy

Typ

Opis naprawy

Numer

Numer zlecenia

Rok budowy

Data interwencji

Sposób pozyskania danych

Wykonawca

Źródło danych

Data zakończenia naprawy

Status

Sposób pozyskania danych

Źródło danych
1.3.4. Zdarzenie
1.3.3. Aparatura kontrolno-pomiarowa

Rodzaj sieci
1.2. Zależności topologiczne
Obiekt 1.3.4. Zdarzenie może być zależny od dowolnego obiektu. Pozostałe zależności
opisano w tabeli nr 1.
Strona 11 z 26
Tabela nr 1: zależności topologiczne klas obiektów
Obiekt
Obiekt zależny
Typ zależności
1.1.1. Przewód wodociągowy
1.1.2. Przyłącze wodociągowe
nadrzędny-podrzędny
1.1.1. Przewód wodociągowy
1.1.3. Armatura zaporowa
nadrzędny-podrzędny
1.1.1. Przewód wodociągowy
1.1.4. Armatura regulacyjna
nadrzędny-podrzędny
1.1.1. Przewód wodociągowy
1.1.7. Stacja hydroforowa
nadrzędny-podrzędny
1.1.1. Przewód wodociągowy
1.1.8. Ujęcie wody
nadrzędny-podrzędny
1.1.1. Przewód wodociągowy
1.1.9. Zbiornik
nadrzędny-podrzędny
1.1.1. Przewód wodociągowy
1.1.10. Hydrant
nadrzędny-podrzędny
1.1.1. Przewód wodociągowy
1.3.3. Aparatura kontrolno-pomiarowa
nadrzędny-podrzędny
1.1.2. Przyłącze wodociągowe
1.1.3. Armatura zaporowa
nadrzędny-podrzędny
1.1.2. Przyłącze wodociągowe
1.1.4. Armatura regulacyjna
nadrzędny-podrzędny
1.1.2. Przyłącze wodociągowe
1.1.5. Punkt rozbioru wody
nadrzędny-podrzędny
1.1.2. Przyłącze wodociągowe
1.1.10. Hydrant
nadrzędny-podrzędny
1.1.5. Punkt rozbioru wody
1.1.6. Wodomierz
nadrzędny-podrzędny
1.1.4. Armatura regulacyjna
1.3.3. Aparatura kontrolno-pomiarowa
nadrzędny-podrzędny
1.1.8. Ujęcie wody
1.3.1. Pompa
nadrzędny-podrzędny
1.1.8. Ujęcie wody
1.3.3. Aparatura kontrolno-pomiarowa
nadrzędny-podrzędny
1.1.7. Stacja hydroforowa
1.3.1. Pompa
nadrzędny-podrzędny
1.2.1. Przewód kanalizacyjny
1.2.2. Przyłącze kanalizacyjne
nadrzędny-podrzędny
1.2.1. Przewód kanalizacyjny
1.2.3. Studzienka kanalizacyjna
nadrzędny-podrzędny
1.2.1. Przewód kanalizacyjny
1.2.4. Inne urządzenia kanalizacyjne
nadrzędny-podrzędny
1.2.2. Przyłącze kanalizacyjne
1.2.3. Studzienka kanalizacyjna
nadrzędny-podrzędny
1.2.2. Przyłącze kanalizacyjne
1.2.4. Inne urządzenia kanalizacyjne
nadrzędny-podrzędny
Strona 12 z 26
2.2. Model danych do obliczeń hydraulicznych
2.2.1. Podstawy teoretyczne
Sieć wodociągowa stanowi układ zależności, mający charakter grafu matematycznego
składającego się z wielu krawędzi (połączeń pomiędzy obiektami) oraz wierzchołków (węzłów)
dający się opisać układem nieliniowych równań algebraicznych.
Elementami składowymi modelu są: źródła ciśnienia lub przepływu (pompy zasilające,
przepompownie), sieć rurociągów o określonej strukturze przestrzennej i topologii, łącząca
źródła wody z odbiorcami, oraz samych odbiorców determinujących zmienne w czasie
zapotrzebowanie na wodę.
W związku z faktem iż graf modelu hydraulicznego ma charakter przestrzenny, a atrybuty
opisujące poszczególne rodzaje obiektów modelu występują w modelu GIS wprost (np.: topologia
sieci, długość, wiek oraz średnice przewodów, a także parametry obiektów sterujących) lub
pośrednio (np.: chropowatość zastępcza) wskazane jest tworzenie grafu na podstawie danych
systemu GIS.
2.2.2. Modelowanie obiektów
Model matematyczny powinien składać się z klas (typów definiujących strukturę i zachowanie
obiektów) pozwalających na odwzorowanie obiektów świat rzeczywistego w formie grafu
matematycznego. Istotnym elementem modelu jest wskazanie relacji pozwalających na tworzenia
grafu w sposób zautomatyzowany. Model powinien być zgodny ze specyfikacją formatu
wykorzystywanego do zasilania wejściowego aplikacji EPANET2.
Model zgodny z EPANET musi definiować klasy obiektów fizycznych (dających się
odwzorować na mapie) jak i obiektów nie fizycznych obejmujących dane projektowe i operacyjne.
Obiekty można sklasyfikować w następujący sposób:
1. Węzły (Nodes)
a. Złącza (Junctions)
b. Rezerwuary (Reservoirs)
c. Zbiorniki (Tanks)
2. Połączenia (Links)
a. Rury (Pipes)
b. Pompy (Pumps)
c. Zawory (Valves)
3. Etykiety (Map Labels)
4. Wzorce czasowe (Time Paterns)
5. Krzywe (Curves)
Strona 13 z 26
6. Sterowanie (Controls)
a. Proste (Simple Control)
b. Oparte na regułach (Rule-based controls)
Plik eksportowany z systemu GIS do aplikacji modelowania matematycznego musi być
zgodny ze specyfikacją opisaną w Rozdział C.2 Dodatku C dokumentu Instrukcja obsługi programu
EPANET 2 (EPANET 2 Users Manual). Aktualna wersja dokumentu dostępna jest na stronie
internetowej pod adresem: http://www2.epa.gov/water-research/epanet
Wymagane do integracji aplikacji relacje pomiędzy obiektami modelu GIS i modelu
matematycznego zestawiono w Tabeli nr 2.
Tabela nr 2: Wymagane relacje pomiędzy modelami danych
Nazwa typu
obiektu
Atrybuty obiektu
Źródłowe obiekty modelu GIS
Złącza
(Junctions)
Rzędna
Rozbiór wody
Początkowa jakość wody
Przewód wodociągowy (geometria)
Hydrant (geometria)
Armatura zaporowa (geometria)
Ujęcia
(Reservoirs)
Wysokość hydrauliczna
Początkowa jakość
Ujęcie (geometria)
Zbiorniki
(Tanks)
Rury (pipes)
Pompy
(pumps)
Zawory
(Valves)
Krzywe
(Curves)
Rzędna dna
Średnica (lub kształt)
Początkowy poziom wody
Minimalny poziom wody
Maksymalny poziom wody
Początkowa jakość wody
Węzeł początkowy
Węzeł końcowy
Średnica
Długość
Współczynnik chropowatości
Stan (otwarty, zamknięty)
Węzeł początkowy
Węzeł końcowy
Charakterystyka pompy
Węzeł początkowy
Węzeł końcowy
Średnica
Ustawienie
Stan
Charakterystyka wydajności pompy
Krzywa sprawności
Krzywa objętości
Krzywa strat
Strona 14 z 26
Zbiornik (geometria)
Zbiornik (atrybuty: krzywa objętości)
Przewód wodociągowy (geometria)
Przewód wodociągowy (atrybuty:
średnica, długość, wiek, materiał, stan)
Pompa (geometria)
Pompa (atrybuty: charakterystyka
pompy)
Armatura zaporowa (geometria)
Armatura zaporowa (atrybuty: typ,
średnica, ustawienie, stan, krzywa strat)
Pompa (atrybuty: charakterystyka
pompy, krzywa sprawności)
Zbiornik (atrybuty: krzywa objętości)
Armatura zaporowa (atrybuty: krzywa
strat)
2.3. Powiązanie modelu GIS i modelu matematycznego
Model danych GIS powinien uwzględniać konieczność eksportu przechowywanych danych
do struktury zgodniej z modelem matematycznym opisanym w punkcie 2.2. Koncepcji.
Eksport powinien mieć formę grafu sieci uzupełnionego o dodatkowe informacje niezbędne
do działania modelu matematycznego:

ciągi pomiarowe obiektów monitoringu (baza danych SCADA) z wybranego przez
użytkownika okresu

informacje o zużyciu wody w poszczególnych punktach rozbioru (baza danych systemu
rozliczeń) z wybranego przez użytkownika okresu

charakterystyki obiektów (parametry zbiorników, pomp, układów sterowania itp.)
Schemat powiązań modelu zaprezentowano na Rysunku nr 1.
Rysunek nr 1: Schematyczne powiązanie modeli danych w ramach koncepcji
Baza pomiarów (SCADA)
System GIS
Baza zużycia wody
Strona 15 z 26
Model Matematyczny
III. Zakres danych
3.1. Zakres danych źródłowych i koncepcja zasilenia systemu danymi
3.1.1. Zakres danych źródłowych
Źródłem danych przestrzennych i opisowych dla systemu informacji przestrzennej są:

wektorowe mapy sieci wodociągowej i kanalizacyjnej znajdujące się w zasobach
Zamawiającego,

warstwy informacji przestrzennej w zakresie uzbrojenia terenu znajdujące się na mapie
zasadniczej prowadzonej przez Powiatowy Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej
i kartograficznej w Białymstoku,

archiwa Zamawiającego zawierające papierową dokumentację z odebranych robót,
protokoły awarii i napraw oraz inne dokumenty o charakterze mapowym w tym
dokumentacja z przeprowadzonej inwentaryzacji aktywów wodociągowych,

dane z istniejącej bazy danych Zamawiającego dotyczące zbytu wody oraz monitoringu
parametrów sieci (SCADA),

dokumentacja parametrów i charakterystyk urządzeń wykorzystywanych do sterowania
działaniem sieci (zbiorniki, pompy itp.).
3.1.2. Założenia do procesu zasilenia systemu GIS danymi
Wykonawca zgromadzi informacje o sieci wodociągowej i kanalizacyjnej oraz ich obiektach
pozyskanej ze źródeł wskazanych w punkcie 3.1.1. Koncepcji.
Na podstawie zebranych danych, utworzy właściwe warstwy sieci uzbrojenia zgodne ze
wskazanym modelem z uwzględnieniem poniższych czynności:

uzupełnienie przebiegu brakujących segmentów sieci i lokalizacji obiektów
punktowych;

utworzenie warstwy punktów rozbioru wody; przypisanie do każdego punktu
rozbioru, obiektu z systemu bilingowego Zamawiającego oraz punktu adresowego lub
numeru działki ewidencyjnej zgodnego z ewidencją gruntów i ewidencją numeracji
adresowej.

zapewnienie odpowiedniego podziału odcinków sieci wodociągowej i kanalizacyjnej,
np. miejsc rozgałęzień przewodów i w miejscach lokalizacji zasuw, na podstawie
dokumentacji źródłowej;

utworzenie
węzłów
poprzez
nadanie
odpowiedniego,
niepowtarzalnego
identyfikatora;

zachowanie topologii połączeń (dociąganie) pomiędzy obiektami i węzłami sieci;
Strona 16 z 26

Identyfikacja obszarów niezgodności w topologii sieci i ich korekta wraz z opisem
rodzaju problemu;

Wykorzystanie dokumentacji technicznej do wprowadzenia atrybutów opisowych
obiektów sieci opisanych w modelu danych zgodnie ze słownikami przyjętymi
w modelu danych
3.1.2. Minimalne wymagania w zakresie danych do modelu matematycznego
Dane zawarte w bazie danych GIS, stale aktualizowane, są źródłem zasilenia modelu
matematycznego. Z pełnego zakresu danych znajdujących się w bazie GIS eksport do modelu
powinien umożliwiać automatyczne przeniesienie
a. następujących typów obiektów:

średnice przewodów wodociągowych (od 80 mm i większe) - nominalne
i wewnętrzne;

materiał oraz chropowatość przewodów;

długości przewodów (między poszczególnymi węzłami) w układzie trójwymiarowym;
a.
uzbrojenia magistralnych przewodów wodociągowych: zasuwy (przepustnice), reduktory
ciśnień, odwodnienia;
b.
uzbrojenia rozbiorczych przewodów wodociągowych: zasuwy, hydranty, reduktory
ciśnień, zawory odwadniające na końcówkach przewodów wodociągowych;
c.
rzędnych terenu wzdłuż przewodów wodociągowych (w węzłach);
d.
rzędnych osi przewodów wodociągowych i magistralnych (w węzłach);
e.
miejsc włączeń przyłączy wodociągowych wraz z zagregowaną informacją o wielkości
zużycia wody przez odbiorców podłączonych do tych przyłączy;
f.
przypisanych rozbiorów i strat wody,
g.
zamkniętych zasuwy na granicy stref zasilania,
h.
istniejące punkty monitoringu
i.
utworzenia warstwy projektowanych przewodów.
Ponadto eksport danych powinien odwzorowywać Stacje Uzdatniania Wody, w zakresie
następujących parametrów:

wydajności poszczególnych SUW,

charakterystyki poszczególnych pomp, wraz z reżimami,

ciśnienie wyjściowe,

pojemności i współpraca zbiorników wody czystej, poziomy wody w zbiornikach,

zasady współpracy poszczególnych SUW.
Eksport w zakresie zasuw i przepustnic powinien uwzględniać następujące parametry:
Strona 17 z 26

numer identyfikacyjny,

średnica,

stan otwarcia,

współczynnik oporów lokalnych przepływu itp.
3.2. Rzeczywiste pomiary na sieci oraz kalibracja i weryfikacja wyników
3.2.1. Kampania pomiarowa
W celu zweryfikowania obliczeń modelu matematycznego niezbędne jest przeprowadzenie
początkowej kalibracji modelu. Również po zmianach związanych z rozbudową lub istotną
renowacją sieci należy dokonywać jego podobnej rekalibracji.
Dane do kalibracji powinny być dostarczane do modelu z systemu monitoringu, a także
powinny być pozyskane w wyniku kampanii pomiarowej przeprowadzonej na sieci wodociągowej
(szczególnie w przypadku obszarów o niewystarczająco zagęszczonej sieci monitoringu.
Dla pomiarów ciśnienia sugeruje się zastosowanie autonomicznych, programowalnych
rejestratorów mikroprocesorowych zapewniających sekwencyjny pomiar i rejestrację ciśnienia
oraz temperatury oraz ich zapis na nośniku pamięci.
Urządzenia muszą posiadać stopień ochrony zapewniany przez obudowę na poziomie IP68
(zgodnie z normą: PN-EN 60529:2003).
Wbudowany w urządzenie przetwornik ciśnienia musi zapewniać pomiar ciśnienia
w zakresie od 0 do 16 bar z dokładnością ≤ 0,5% zakresu pomiarowego.
Do pomiarów przepływu sugeruje się stosowanie istniejącej infrastruktury pomiarowej
(przepływomierzy) lub w przypadku ich braku uzupełnienie najmniej ingerującymi w strukturę
sieci przepływomierzy ultradźwiękowych podłączonych do rejestratorów mikroprocesorowych
zapewniających sekwencyjny pomiar i rejestrację przepływu oraz zapis na nośniku pamięci.
Rejestracja danych powinna odbywać się trybie cyklicznym lub liniowym z interwałem
czasowym konfigurowalnym w zakresie 1 s do 31 dni z rozdzielczością 1 s. Urządzenia muszą
zapewniać możliwość zapisu przynajmniej 86 400 rekordów.
Do celów kalibracyjnych niezbędne jest dostarczenie danych ciśnienia i przepływu
w wyznaczonych obszarach sieci, zbieranych w stałym interwale 10-minutowym, przy
jednoczesnej synchronizacji czasu wszystkich urządzeń pomiarowych.
3.2.2. Kalibracja i weryfikacja wyników
Kalibracyjne ciągi pomiarowe wraz z opisem atrybutowym zgodnym z modelem danych
powinny zostać zapisane w bazie danych oraz być dostępne z poziomu aplikacji GIS a za jego
pośrednictwem umożliwiać tworzenie plików kalibracyjnych dla aplikacji do modelowania
matematycznego.
Strona 18 z 26
Szacuje się, że liczba ciągów kalibracyjnych dla obszaru funkcjonalnego powinna pochodzić
z nie mniej niż 30 punktów pomiarowych.
Przyjmuje się, że maksymalna rozbieżność pomiędzy wartością wyliczoną a pomierzoną
w ramach kampanii pomiarowej nie powinna być większa niż 5 % dla przynajmniej 80 %
punktów kalibracyjnych.
Strona 19 z 26
IV. Opis oprogramowania
4.1. Opis oprogramowania GIS
Aplikacja GIS ma dostarczyć narzędzia do prowadzenia ewidencji sieci wodociągowej
i kanalizacyjnej oraz ich obiektów. Wymagania funkcjonalne w zakresie oprogramowania GIS
powinny uwzględniać:
a) dostawę systemu do zarządzania infrastrukturą sieciową i oprogramowania
bazodanowego wraz z instalacją i narzędziami do prawidłowego funkcjonowania
i eksploatacji systemu, dającego możliwość wykonania pełnej ewidencji uzbrojenia sieci
w rozbiciu na wszystkie podstawowe elementy sieci, a także dowolnych innych obiektów
zdefiniowanych przez administratora systemu,
b) możliwość prezentacji danych wektorowych oraz prezentację danych, mapowych
podkładów rastrowych, ortofotomap oraz Numerycznych Modeli Terenu ze wskazanych
lokalizacji na serwerze zasobów,
c) możliwość prezentacji danych zawartych w podkładzie, w sposób dający się definiować
przez użytkownika,
d) możliwość prezentacji danych nie podlegających ewidencji geodezyjnej, takich jak:
protokoły, plany, schematy, dane techniczne (np. data budowy, rodzaj materiału),
e) zbieranie i prezentację danych na temat awarii,
f) możliwość tworzenia map tematycznych z opcją wyświetlenia danych według wybranych
atrybutów na mapie,
g) możliwość wymiany danych z innymi systemami informatycznymi poprzez zastosowanie
powszechnego formatu wymiany danych,
h) możliwość wydruku map w dowolnym formacie, w dającej się definiować skali.
i) wbudowane mechanizmy uzależnienia widoku mapy od skali widoczności oraz
indywidualnych potrzeb użytkownika (ukrywanie obiektów),
j) wykorzystanie
posiadanej
biblioteki
graficznej
z
predefiniowaną
symboliką
gwarantującą prezentacje obiektów oraz pełną możliwość dodawania i edycji nowych
elementów przez operatora bez konieczności ingerencji programistycznej i rozbudowy
systemu,
k) posiadać rozbudowane i łatwe w obsłudze narzędzia do wyszukiwania danych z bazy
w oparciu o kryteria przestrzenne, klasyfikacyjne i opisowe, eksport raportów, wyników
do aplikacji biurowych, edycję atrybutów oraz geometrii obiektów,
l) definiowanie dowolnych etykiet dla obiektów wodno-kanalizacyjnych generowanych
automatycznie na podstawie ich atrybutów,
Strona 20 z 26
m) przygotowywanie własnych konfiguracji danych i prezentacji tematycznych,
n) możliwość
zabezpieczania
i udzielania
pojedynczemu
użytkownikowi
(grupie
użytkowników) dostępu do wybranego, ograniczonego zbioru na poziomie bazy danych
oraz zabezpieczenia przed dostępem do danych osób nieuprawnionych,
o) dostarczanie narzędzi edycji obiektów: wstawianie, przesuwanie, usuwanie całych
obiektów lub ich wierzchołków, kopiowanie oraz przenoszenie obiektów z jednej
warstwy do drugiej, łączenie obiektów,
p) odpowiednie zabezpieczenie przed utratą danych,
q) występowanie funkcjonalności wbudowanej lub wtyczki (plug-in) umożliwiających
eksport grafu sieci do aplikacji modelowania matematycznego
4.2. Opis oprogramowania do modelowania
Model komputerowy musi być wykonany w oparciu o system GIS eksportujący strukturę
sieci. Aplikacja do modelowania (klasy EPANET 2) powinna spełniać co najmniej następujące
wymagania:
a) możliwość wprowadzania dowolnych zmian w grafie sieci przy pomocy interfejsu
graficznego użytkownika,
b) prezentację wyników symulacji w postaci kolorowych kartogramów, możliwość
stosowania kodu kolorów, grubości linii i wielkości punktów (węzłów) w zależności od:

średnic rurociągów (kolor i grubość linii),

wielkości przepływów (kolor i grubość linii),

prędkości przepływu wody (kolor i grubość linii),

ciśnień w węzłach (kolor i wielkość punktu-węzła),

rozbiorów węzłowych (kolor i wielkość punktu-węzła),

strat liniowych ciśnienia (kolor i grubość linii),

źródła zasilania (kolor i wielkość punktu-węzła),

wysokości ciśnienia (kolor oraz wielkość punktu-węzła),

wielkości minimalnych i maksymalnych dla ciśnienia, natężenia przepływu, wieku
wody itp. w zadanym przedziale czasowym (np. jednej doby),
c) prezentację wyników symulacji w postaci opisowej (etykiet) dla dowolnego elementu
sieci (odcinek, węzeł, zbiornik, pompa, itp.) dla dowolnie wybranych parametrów łącznie,
np. prędkość przepływu i natężenie przepływu,
d) prezentację wyników symulacji w postaci tabelarycznej dla dowolnie wskazanych grup,
elementów w formie tabel segregowanych z uwagi na dany parametr, np. wysokość
ciśnienia,
e) prezentację wyników symulacji w postaci wykresów 2D i 3D,
Strona 21 z 26
f) generowanie dowolnych planów sytuacyjnych i profili przewodów,
g) prezentację kierunków przepływu wody,
h) lokowanie danych do przeprowadzonych symulacji na wskazanym serwerze w celu,
umożliwienia wspólnego dostępu uprawnionych użytkowników,
i) możliwość dokonywania zmian z automatyczną aktualizacją bazy danych,
j) automatyczne obliczanie długości przewodów w układzie trójwymiarowym,
k) eksport uzyskanych wyników lub pozostałych danych zamieszczonych w modelu do
arkuszy kalkulacyjnych i baz danych celem dalszej obróbki, włączając w to definiowanie
kolumn eksportu,
l) możliwość identyfikacji stref zasilania z poszczególnych SUW,
m) możliwość zadania zmiennego parametru wzorcowego dla węzła,
n) Możliwość sprawdzenia poprawności grafu (topologii) sieci,
o) animacja pracy sieci wodociągowej zgodnie z zadanym krokiem czasowym,
p) animacja zmian w czasie (na wykresie) podstawowych wielkości wyliczanych przez
aplikację, np. zmiana wysokości ciśnienia w czasie jednej doby dla wskazanego ciągu rur
(przewodów wodociągowych),
q) możliwość ustawienia parametrów pracy uzbrojenia sterującego hydrauliką, np.
częściowo przymknięta zasuwa, reduktor (PRV) ze zmienną nastawą w czasie,
r) możliwość dokonywania analiz porównawczych poszczególnych scenariuszy (wariantów
pracy sieci wodociągowej) w formie graficznej i tabelarycznej,
s) aplikacja musi umożliwiać odczytywanie różnych plików graficznych, jako geodezyjny
cyfrowy podkład (wektorowe źródła danych - *.dxf, *.shp), jak również umożliwiać
wczytanie odpowiednio skanowanych map zasadniczych, planów, ortofotomap w postaci
rastrowej (pliki formatu *.bmp, *.jpg, *.tif (tiff), *.png, *.gif),
Wynikowy model komputerowy systemu dystrybucji wody powinien umożliwić przede
wszystkim:

zarządzanie układem dystrybucji wody,

podejmowanie właściwych decyzji dotyczących planowania modernizacji i rozwoju
układu dystrybucji wody,

właściwe działanie w sytuacjach awaryjnych,

ustalanie zasięgu stref zasilania,

dostęp do wszystkich ważnych dla systemu parametrów poprzez ich wizualizację
graficzną i opisową,

symulowanie normalnej i awaryjnej pracy systemu z uwzględnieniem prawidłowej
i niezawodnej dostawy wody odbiorcom przy zaistniałych różnych warunkach (m.in.
Strona 22 z 26
w pracy awaryjnej, w czasie remontów sieci czy stacji strefowych, w czasie wyłączenia
poszczególnych ujęć lub zmiany ich wydajności),

modelownie wydzielonych układów dystrybucji wody w tym modelowanie pracy sieci
wodociągowej i modelowanie jakościowe pracy sieci wodociągowej.
W ramach realizacji zadania należy przyjąć, że:
a) podstawowy model powinien być wykonany dla stanu istniejącego;
b) do struktury sieci należy wprowadzić jako przewody projektowe (inne legendy)
przewody uzgodnione na etapie projektu budowlano - wykonawczego oraz przewody
projektowane;
c) Wykonawca w ramach przedmiotu zamówienia przeprowadzi instruktaż stanowiskowy
dla pracowników Zamawiającego;
d) po zakończeniu szkoleń,
Zamawiający będzie
mógł samodzielnie użytkować,
aktualizować, rekalibrować i rozbudowywać model w oparciu o przekazaną przez
Wykonawcę wiedzę;
e) Wykonawca dokona oceny wdrożonych i użytkowanych przez Zamawiającego systemów
informatycznych pod kątem wykorzystania ich do rozbudowy, aktualizacji modelu;
f) Wykonawca dokona podziału systemu wodociągowego na strefy dla potrzeb:

monitoringu pracy sieci z uwzględnieniem bilansowania rozbiorów i strat w każdej ze
stref,

zarządzania ciśnieniem,

zróżnicowania współczynników nierównomierności rozbiorów wody i udziału
poszczególnych grup odbiorców.
Strona 23 z 26
V. Architektura systemu
Do działania systemu konieczny jest sprzęt komputerowy, a także sprzęt do przechowywania
i udostępniania danych (serwer) połączone ze sobą w sieci komputerowej zapewniającej sprawną
komunikację.
Ze względu na specyfikę danych zaleca się umożliwienie dostępu do nich jak najszerszemu
gronu pracowników, na różnych poziomach uprawnień edycyjnych.
Schemat połączeń pomiędzy elementami systemu prezentuje Rysunek nr 2.
Rysunek 2: Połączenia pomiędzy elementami systemu
Strona 24 z 26
Wobec powyższego proponuje się zastosowanie architektury spełniającej poniższe kryteria:
a) Dane przestrzenne zgodne z modelem danych powinny być przechowywane w dedykowanej bazie danych umożliwiającej na przechowywanie danych geometrycznych oraz
powiązanych z nimi danych atrybutowych
b) Dostęp do bazy danych określony powinien być na poziomie bazy danych przez
administratora posiadającego możliwość ustanowienia odpowiednich poziomów
uprawnień dla użytkowników:

do odczytu danych

do odczytu i edycji danych atrybutowych

do odczytu i edycji danych geometrycznych i atrybutowych
c) Dane rastrowe o charakterze podkładu mapowego powinny być udostępniane do
aplikacji GIS za pośrednictwem usług sieciowych (WMS lub WMTS); źródło danych
powinno pochodzić z serwera plików
d) Dane o charakterze dokumentacyjnym (skany protokołów, schematów itp.) powinny być
przechowywane na serwerze plikowym, a metadane dokumentów w strukturze bazy
danych zgodnej z modelem.
e) Komputery klienckie i serwer
powinny być włączone do sieci komputerowej
umożliwiającej swobodną wymianę danych pomiędzy nimi.
f) Aplikacje GIS i aplikacja do modelowania zainstalowane na komputerach klienckich
powinny mieć dostęp do zasobów serwera bazy danych i serwerowych zasobów
plikowych. Aplikacja GIS powinna mieć możliwość łączenia się do zdefiniowanych
przestrzennych usług sieciowych (min. WMS, WMTS i WFS) poprzez sieć Internet.
g) Aplikacja GIS powinna za pośrednictwem bazy danych móc łączyć się z bazami danych
w zakresie informacji o zużyciu wody oraz w zakresie pomiarów telemetrycznych
poszczególnych elementów sieci wodociągowej i kanalizacyjnej.
Strona 25 z 26
VI. Szkolenia użytkowników
W ramach wdrożenia systemu niezbędne jest zaplanowanie i przeprowadzenie trzech typów
szkoleń dla użytkowników obejmujących swoim zakresem treści minimalne:
a) Szkolenie 1: Tworzenie i edycja danych przestrzennych

Przegląd funkcjonalności aplikacji

Tworzenie i edycja danych

Zarządzanie danymi rożnych typów

Podstawowe analizy przestrzenne

Analizy przestrzenne specyficzne dla przedsiębiorstw wodociągowokanalizacyjnych
b) Szkolenie 2: Podstawy użytkowania aplikacji do modelowania matematycznego

Podstawy działania sieci hydraulicznych i ich odwzorowania w środowisku
komputerowym

Obsługa programu do modelowania – przegląd funkcji

Ustawienie programu i parametrów pracy sieci

Analiza funkcjonalności na przykładowych danych

Tworzenie map, zestawień i wykresów
c) Szkolenie 3: Modelowanie pracy systemów dystrybucji wody

Tworzenie scenariuszy zachowania sieci

Przygotowanie analiz jakości wody

Symulacje zachowania sieci w trakcie pożaru (znaczny pobór z hydrantów)

Optymalizacja czasu pracy pomp

Obliczanie optymalnych parametrów dla projektowanych odcinków sieci
Strona 26 z 26