The Analysis of Water Losses and Leakages in Drinking Water Networks Using Scada System: A Case Study from Yozgat

Year 2024, Volume: 5 Issue: 2, 223 - 243

Yunus Görkem , Muhammet Furkan Karaman , Şekip Esat Hayber

https://doi.org/10.53525/jster.1575916

Abstract

For water to be delivered to people cleanly and healthily, the tanks in which it is stored before being made available must also be reliable and clean. To prevent the risk of transmitting infectious diseases through water, it is vital to apply purification and disinfection processes to the water held in water storage tanks. For this reason, monitoring the sediments in the storage tank and their properties, such as pH, pressure, and temperature, are necessary in real-time. With SCADA systems, water flow is monitored remotely by providing central control and monitoring in drinking water distribution. Thanks to the collected data, adverse situations in the storage tanks can be automatically detected, and water distribution can be managed by intervening in the system when necessary. Additionally, water leaks can be detected, and all the water supplied to the network can be delivered to the user. In this study, the data from 4 pumping centers and 13 water storage tanks in Yozgat province were examined, and all processes from the water source to the water storage tanks and the water supply to people's use were controlled remotely with the SCADA system. While the total physical and administrative lost water rate was 64.35% and physical water loss was 27.59% before the use of SCADA, it was observed that the water losses decreased by 51% with the use of SCADA. Thanks to the system, detected sediment formations are prevented quickly, and water is delivered to the user cleanly and healthily.

Keywords

Water Tank, pH, Pressure, Sediment

Ethical Statement

In the studies carried out within the scope of this article, the rules of research and publication ethics were followed.

Supporting Institution

Yozgat Municipality

Thanks

We extend our gratitude to Yozgat Municipality for providing access to project data, which has offered valuable contributions to the execution of this research.

İçme Suyu Şebekelerindeki Su Kayıp ve Kaçaklarının Scada Sistemi Kullanılarak Analizi: Yozgat'tan Bir Örnek Çalışma

Abstract

Suyun insanlara temiz ve sağlıklı bir şekilde ulaştırılabilmesi için, kullanıma sunulmadan önce depolandığı tankların da güvenilir ve temiz olması gerekmektedir. Su yoluyla bulaşıcı hastalık bulaşma riskini önlemek için, su depolama tanklarında tutulan suya arıtma ve dezenfeksiyon işlemleri uygulanması hayati önem taşımaktadır. Bu nedenle depolama tankındaki tortuların ve pH, basınç, sıcaklık gibi özelliklerinin gerçek zamanlı olarak izlenmesi gerekmektedir. SCADA sistemleri ile içme suyu dağıtımında merkezi kontrol ve izleme sağlanarak su akışı uzaktan izlenmektedir. Toplanan veriler sayesinde depolama tanklarındaki olumsuz durumlar otomatik olarak tespit edilebilmekte ve gerektiğinde sisteme müdahale edilerek su dağıtımı yönetilebilmektedir. Ayrıca su kaçakları tespit edilebilmekte ve şebekeye verilen suyun tamamı kullanıcıya ulaştırılabilmektedir. Bu çalışmada, Yozgat ilinde bulunan 4 adet terfi merkezi ve 13 adet su depolama tankından alınan veriler incelenerek, su kaynağından su depolama tanklarına ve suyun halkın kullanımına sunulmasına kadar olan tüm süreçler SCADA sistemi ile uzaktan kontrol edilmiştir. SCADA kullanımından önce toplam fiziksel ve idari kayıp su oranı %64,35, fiziksel su kaybı ise %27,59 iken, SCADA kullanımıyla su kayıplarının %51 azaldığı görülmüştür. Sistem sayesinde tespit edilen tortu oluşumları hızla önlenmekte, su temiz ve sağlıklı bir şekilde kullanıcıya ulaştırılmaktadır.

Keywords

Su tankı, pH, Basınç, Tortu

References

• [1] Ahmed, Z. Y. (2024). Reducing Non-Revenue Water. International Journal of Applied Mathematics, Computational Science and Systems Engineering, 6, 23-29.
• [2] Alıcı, O. V., & Özaslan, K. (2016). Yerel Yönetimlerde Altyapı Sistemlerinin Sayısallaştırılması ve Su Kayıplarının Önlenmesi. Uluslararası Bilimsel Araştırmalar Dergisi (IBAD), 3(1), 204-218.
• [3] Akdemir, M., & Yılmaz, S. (2023). İçme Suyu Sistemlerinde Sızıntıların Uygulamalı ve Teorik Olarak Karşılaştırılması. İleri Teknolojilerde Çalışmalar Dergisi, 1(2), 55-66.
• [4] Akdeniz, T., & Muhammetoglu, H. (2023). Türkiye'de Kentsel Su Dağıtım Şebekelerinde İdari Su Kayıplarının Değerlendirilmesi. Çevre İklim ve Sürdürülebilirlik, 24(1), 1-6.
• [5] Akıllı, H., & Özaslan, R. (2017). Su Kayıplarının Önlenmesinde Teknoloji Kullanımı: Büyükşehir Belediyelerinde Scada Uygulaması. Süleyman Demirel Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 22(Kayfor 15 Özel Sayısı), 1599-1618.
• [6] Al-Ghamdi, A. S., & Gutub, S. A. (2002). Estimation of Leakage in The Water Distribution Network of The Holy City of Makkah. Journal of Water Supply: Research and Technology—AQUA, 51(6), 343-349.
• [7] Aslan, B. (2016). İçme Suyu Temin ve Dağıtım Sistemlerinde Su Kayıp ve Kaçaklarının Tespiti. Uzmanlık Tezi, İller Bankası AŞ, Ankara, 88.
• [8] Aydın, D. (2007). İçmesuyu dağıtım sistemlerinde cbs tabanlı su kalitesi yönetimi (Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi)
• [9] Babu, C. G., Jayakar, S. A., Dhanasekar, R., & Kalaiyarasi, M. (2023, April). Quality drinking water distribution system. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2725, No. 1). AIP Publishing.
• [10] Başa, Ş., & Kurt, S., (2017). Su ve Kanalizasyon İdarelerinde Akıllı Su Yönetimi Uygulamaları: Tekirdağ Örneği. Süleyman Demirel Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 22(Kayfor 15 Özel Sayısı), 1519-1532.
• [11] Bulut, O., & Ertugay, N. (2022). Assessing Water Losses in Drinking Water Distribution Systems Using the SCADA System: The Erzincan Case. Development, 2, 2, 141-160.
• [12] Brentan, B., Rezende, P., Barros, D., Meirelles, G., Luvizotto Jr, E., & Izquierdo, J. (2021). Cyber-attack detection in water distribution systems based on blind sources separation technique. Water, 13(6), 795.
• [13] Cinal, H. (2009). Basınç yönetimi ile içmesuyu şebeke kayıplarının azaltılması: Sakarya örneği (Master's thesis, Sakarya Üniversitesi).
• [14] Çelik, A., Kocaman, H., & İnce, H. C. (2016). Sakarya SASKİ Genel Müdürlüğü, SCADA ve CBS Entegrasyonu.
• [15] Demir, A. (2001). Konya içme suyu şebekesinde su kayıplarının belirlenmesi (Master's thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü).
• [16] Dilcan, Ç. C., Çapar, G., Korkmaz, A., İritaş, Ö., Karaaslan, Y., Selek, B., (2018). İçme Suyu Şebekelerinde Görülen Su Kayıplarının Dünyada ve Ülkemizdeki Durumu. Anahtar Dergisi, S: 354, 10-18.
• [17] Fan, X., Zhang, X., & Yu, X. B. (2021). Machine learning model and strategy for fast and accurate detection of leaks in water supply network. Journal of Infrastructure Preservation and Resilience, 2, 1-21.
• [18] Fırat, M., Yılmaz, S., & Orhan, C. (2021). Su Kayıp Yönetimi İçin Temel Hesaplama Araçlarının Geliştirilmesi ve Temel Su Kayıp Bileşenlerinin Analizi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11(2), 405-416.
• [19] Gerger, R., & Aslan, A. (2019). Şanlıurfa İli İçin İçme Suyu Kayıp ve Kaçaklarının Tespiti. Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 4(2), 26-35.
• [20] Görgülü, M. E. (2022). Konya ili içme suyu şebekelerinde işletmeden kaynaklı bakım-onarım işlerinin analizi (Master's thesis, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü).
• [21] Güçlü, A. (2024). İçme suyu şebekelerinde oluşan su kayıp ve kaçaklarının SCADA sistemi yardımıyla incelenmesi: Muş ili örneği (Master's thesis, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü).
• [22] Gülaydın, O., (2017). İçme suyu dağıtım şebekelerinde ekonomik su kayıpları seviyesinin belirlenmesi: Antalya Kaleiçi örneği.
• [23] Güney, İ., & Selvi, İ. H. (2023). Makine Öğrenmesi Yöntemleriyle Anormal İçme Suyu Tüketimlerinin Tespit Edilmesi ve Tahmin Modellerinin Geliştirilmesi. Journal of Intelligent Systems: Theory and Applications, 6(2), 159-173.
• [24] Grigg, N. S. (2024). Water Distribution Systems: Integrated Approaches for Effective Utility Management. Water, 16(4), 524.
• [25] Jun, S., & Lansey, K. E. (2023). Comparison of AMI and SCADA Systems for Leak Detection and Localization in Water Distribution Networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 149(11), 04023061.
• [26] Karaca, Z. (2009). İçme Suyu Şebeke Sistemlerinde Su Kayıp ve Kaçaklarının Tespiti. Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (Doctoral dissertation, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul).
• [27] Karadirek, I. E., Kaya-Basar, E., & Akdeniz, T. (2024). A study on pipe failure analysis in water distribution systems using logistic regression. Water Supply, 24(1), 176-186.
• [28] Karakaya, D., & Toprak, Z. F., (2018). İçme Suyu Şebekelerindeki Su Kayıplarının ZFT Algoritması Kullanılarak Sınıflandırılması. Su Kaynakları, 3(2), 22-30.
• [29] Karakuş, C. B., Yıldız, S., & Cerit, O. (2013). The Studies of Water Loss and Reducing The Rate of Loss in Sivas City Potable Water Network. Selcuk University Journal of Engineering, Science and Technology.
• [30] Kılıç, R. (2021). Fiziki Kayıpların Azaltılması İçin İzole Alt Bölgelerin Etkin Yönetimi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (22), 306-315.
• [31] Klosok-Bazan, I., Boguniewicz-Zablocka, J., Suda, A., Łukasiewicz, E., & Anders, D. (2021). Assessment of leakage management in small water supplies using performance indicators. Environmental Science and Pollution Research, 28, 41181-41190.
• [32] Köker Gökgöl, E. (2018). Leakage optimization of water distribution networks by pressure control [Ph.D.-Doctoral Program]. Middle East Technical University.
• [33] Körpe, M., (2018). Konya içme suyu şebekesinde su kayıplarının tespiti ve değerlendirilmesi (Master's thesis, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü).
• [34] Kurban, R. (2022). Su Temin ve Dağıtım Sistemlerinin Otomasyonunda Endüstri 4.0, Nesnelerin İnterneti, Bulut Bilişim, Makine Öğrenimi ve Optimizasyon Uygulamaları. Araştırma ve Değerlendirmeler II, 49-70.
• [35] Ma, X., Li, Y., Zhang, W., Li, X., Shi, Z., Yu, J., ... & Liu, J. (2022). A real-time method to detect the leakage location in urban water distribution networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 148(12), 04022069.
• [36] Olmuştur, M. M. (2021). İçme suyu şebekelerinde basınç kırıcı vananın gerçek zamanlı kontrolünün su kayıpları üzerine etkisinin model analizi ve deneysel incelenmesi (Master's thesis, Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi).
• [37] Özaslan, R. K., & Alıcı, O. V. (2018). Su ve Kanalizasyon İdarelerinin Performans Göstergelerinin Uygulanabilirliğinin Analizi. Strategic Public Management Journal, 4(8), 35-51.
• [38] Öztürk, Y., & Abama, H. İ. (2023). Kilis’ te Evsel Su Tüketiminin Şebekeden Yapılan Ölçümler ile Saptanması. Euroasia Journal of Mathematics, Engineering, Natural & Medical Sciences, 10(29), 120-127.
• [39] Pala, B. (2002). İçmesuyu şebekelerinde oluşan su kayıplarının belirlenmesi ve kontrolü: Kayseri İli Örneği (Master's thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü).
• [40] Radaković, N., & Šenk, I. (2020). Deep Autoencoder Based Leakage Detection in Water Distribution SCADA Systems. In Industrial Innovation in Digital Age (pp. 355-361). Cham: Springer International Publishing.
• [41] Shabangu, T. H., Hamam, Y., & Adedeji, K. B. (2020). Decision support systems for leak control in urban water supply systems: A literature synopsis. Procedia CIRP, 90, 579-583.
• [42] Songur, M. (2016). İçmesuyu şebekelerindeki fiziksel kayıpları önlemeye yönelik Diyarbakır için örnek bir model geliştirilmesi (Doctoral dissertation, Sakarya Universitesi (Turkey)).
• [43] Songur, M., Dabanlı, A., Yılmazel, B., & Kürkçüoğlu, M. A. Ş., (2021). Su Dağıtım Şebekelerindeki Fiziki Kayıpların Önlenmesinde SCADA’nın Önemi: ASKİ Örneği, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(6), 1424-1433.
• [44] Stătescu, F., Boboc, V., Tatu, G., Sârbu, G. C., Marcoie, N., & Toma, D. (2024, March). Improving pressure monitoring and control in order to reduce water loss in water urban public systems. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 1304, No. 1, p. 012031). IOP Publishing.
• [45] SUEN- Türkiye Su Enstitüsü (2017). Büyükşehir Su ve Kanalizasyon İdareleri ile Mukayeseli Değerlendirme Çalışması, SUEN Yayını, İstanbul. https://www.suen.gov.tr/Suen/catdty.aspx?val=168 (19.05.2024 Ziyaret Tarihi)
• [46] Tchórzewska-Cieślak, B., Szpak, D., Żywiec, J., & Rożnowski, M. (2024). The concept of estimating the risk of water losses in the water supply network. Journal of Environmental Management, 359, 120965.
• [47] Toprak, S., Koç, A. C., Bacanlı, Ü. G., Dikbaş, F., Fırat, M., & Dizdar, A., (2007a). İçme Suyu Dağıtım Sistemlerindeki Kayıplar, III. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, 601-609
• [48] Toprak, S., Dikbaş, F., Fırat, M., Koç, A. C., Bacanlı, Ü. G., & Dizdar, A., (2007b). Su Kayıplarının Azaltılması ve Su Dağıtım Sistemlerinin Performanslarının İyileştirilmesi Üzerine Leonardo Da Vinci Projesi: Prowat, III. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, 611-618.
• [49] Tornyeviadzi, H. M., Owusu-Ansah, E., Mohammed, H., & Seidu, R. (2024). Node search space reduction for optimal placement of pressure sensors in water distribution networks for leakage detection. Alexandria Engineering Journal, 94, 325-338.
• [50] Tuna. M., Armut, S. (2021). Orta Ölçekli Bir Şehirde Kentsel Su Yönetimi: Amasya İli Merzifon İlçesi Örneği. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 8(2), 990-1009.
• [51] Tuna, M., Armut, S., & Tombul, M., (2023). İçme Suyu Şebekelerinde Kayıp Kaçak Seviyesinin Belirlenmesi: Merzifon İlçesi Örneği. Kent Akademisi, 16(1), 1-17.
• [52] Uçar, A. (2022). Akıllı Kentler ve Su Kullanımı. Medeniyet Araştırmaları Dergisi, 7(1), 1-14.
• [53] Vrachimis, S. G., Eliades, D. G., Taormina, R., Kapelan, Z., Ostfeld, A., Liu, S., ... & Polycarpou, M. M. (2022). Battle of the leakage detection and isolation methods. Journal of Water Resources Planning and Management, 148(12), 04022068.
• [54] Yıldız, S., & Değirmenci, M. (2010). Sivas Kenti Mevcut İçme Suyu Temini ve Bazı Çözüm Önerileri. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 26(2), 125-130.
• [55] Yüksel, İ., Songur, M., & Demirel, İ. H., (2018)., Diyarbakır içme suyu şebekesindeki su kayıplarını önlemek için hidrolik yöntem geliştirme. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 9(1), 535-542.