Decomposed Uncertainty Evaluation for Hydraulic State Estimation in Water Supply Systems
| Autor: | Sarai Díaz García, Emilio Ruiz Gómez, Javier González Pérez |
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| Rok vydání: | 2023 |
| Předmět: |
Sistemas de abastecimiento de agua
Estimación del estado hidráulico Water Supply Systems Hydraulic State Estimation Geography Planning and Development Uncertainty Evaluation Management Monitoring Policy and Law Evaluación de la incertidumbre Water Science and Technology Civil and Structural Engineering |
| Zdroj: | Journal of Water Resources Planning and Management. 149 |
| ISSN: | 1943-5452 0733-9496 |
| DOI: | 10.1061/jwrmd5.wreng-5924 |
| Popis: | Hydraulic state estimation (HSE) can be used to infer the flow and pressure regime in water supply systems based on the available measurements in the network and the associated hydraulic model. Because the inputs involved in the process are noisy, uncertainty quantification is paramount to assess the reliability of HSE results. Numerical and analytical methods have been adopted to quantify HSE uncertainty in the past, but they are associated with poor scalability for large networks. The aim of this paper is to adapt the analytical first-order second-moment (FOSM) formulation for HSE uncertainty assessment, which is the most widely adopted method in the literature, by using decomposition techniques to improve its scalability. The decomposed methodology is equivalent to the original formulation and is here applied to several case studies. Computational times were two orders of magnitude lower in large networks thanks to the decomposed formulation, which loses its computational advantage in small/medium-sized systems. Moreover, the numerical conditioning improves when dividing the network. Therefore, the proposed methodology constitutes a better alternative for HSE uncertainty quantification in large networks and could be key to boost HSE implementation in operational systems. La estimación del estado hidráulico (HSE) puede utilizarse para inferir el régimen de caudal y presión en los sistemas de abastecimiento de agua a partir de las mediciones disponibles en la red y el modelo hidráulico asociado. Dado que las entradas que intervienen en el proceso son ruidosas, la cuantificación de la incertidumbre es primordial para evaluar la fiabilidad de los resultados de la HSE. En el pasado se han adoptado métodos numéricos y analíticos para cuantificar la incertidumbre de HSE, pero se asocian a una escasa escalabilidad para grandes redes. El objetivo de este trabajo es adaptar la formulación analítica de segundo momento de primer orden (FOSM) para la evaluación de la incertidumbre HSE, que es el método más ampliamente adoptado en la literatura, mediante el uso de técnicas de descomposición para mejorar su escalabilidad. La metodología descompuesta es equivalente a la formulación original y se aplica aquí a varios casos prácticos. Los tiempos computacionales fueron dos órdenes de magnitud menores en redes grandes gracias a la formulación descompuesta, que pierde su ventaja computacional en sistemas de tamaño pequeño/medio. Además, el condicionamiento numérico mejora al dividir la red. Por lo tanto, la metodología propuesta constituye una mejor alternativa para la cuantificación de la incertidumbre de HSE en grandes redes y podría ser clave para impulsar la implantación de HSE en sistemas operativos. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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