Resiliencia Desastres de agua crítico Sistemas de Infraestructura

Resiliencia Desastres de agua crítico Sistemas de Infraestructura

Resiliencia Desastres de agua críticoSistemas de InfraestructuraResumen: Los sistemas de infraestructura de agua críticos (por ejemplo, tratamiento de agua potable, la transmisión y la distribución, y las aguas residuales y pluvialesrecogida y tratamiento) son funciones críticas de una sociedad sana. La capacidad de recuperación de desastres de estos sistemas de infraestructura durante y despuésriesgos es vital para la respuesta y recuperación para el evento. Aspectos críticos de la resiliencia como la planificación de las condiciones peligrosas y teniendoen cuenta las interdependencias con la infraestructura eléctrica debe entenderse de manera que los administradores del sistema de infraestructura de agua pueden mejorarcapacidad de recuperación del sistema. Estos aspectos no siempre son inicialmente clara hasta que el sistema se expone a un peligro, que es por eso que podemos aprender mucho dedesastres recientes. Este documento describe y cuantifica los aspectos clave de la capacidad de recuperación del sistema de infraestructura de agua (por ejemplo, la redundancia del sistema de agua,almacenamiento del sistema de aguas residuales, etc.) para permitir la comparación. Un análisis de estos parámetros utilizando históricos eventos peligrosos (es decir, los huracanesKatrina y Rita) se presenta para determinar cuáles son las mejores prácticas deben estar moviéndose hacia adelante. Recomendaciones para la incorporación de la mejorse presentan prácticas en futuros diseños. Estos resultados son valiosos para los administradores de sistemas de infraestructura de agua que necesitan orientación parala creación de un sistema flexible capaz de manejar múltiples peligros. DOI: 10.1061 / (ASCE) ST.1943-541X.0001341. © 2015 Sociedad Americanade Ingenieros Civiles.Autor palabras clave: infraestructura de agua; Resiliencia Infraestructura; Gestión de desastres; Cuestiones especiales de diseño.IntroducciónSistemas de infraestructura de agua crítico (por ejemplo, tratamiento de agua potable,transmisión y distribución; y las aguas residuales y pluvialesrecogida y tratamiento) son funciones críticas de unsociedad sana. La capacidad de recuperación de desastres de estos sistemas de infraestructuradurante y después de los riesgos es vital para la respuesta y la recuperación de laevento para mitigar el impacto de peligros (Chisolm y Matthews 2012).La capacidad de recuperación de desastres es la capacidad de una comunidad expuesta a los peligrospara adaptarse, resistiendo o cambiando, con el fin de alcanzar y mantenerun nivel aceptable de funcionamiento y estructura (Bruneau et al.2003; Nacional de Ciencia y Tecnología del Consejo de 2005; Cimellaroet al. 2010a). Aspectos críticos de la resiliencia como la planificación de peligrososcondiciones y teniendo en cuenta las interdependencias conla infraestructura eléctrica debe entenderse de manera que la infraestructura de agualos administradores del sistema pueden mejorar la capacidad de recuperación del sistema (Ouyangy Dueñas-Osorio 2011; Cimellaro et al. 2014). Estos aspectos sonno siempre inicialmente claro hasta que el sistema ha sido expuesto a lapeligro, por lo que podemos aprender mucho de los desastres recientes.Se han realizado varios estudios se centraron en la capacidad de recuperación de desastresde estructuras tales como edificios históricos (Olshesky 2012);hospitales (Cimellaro et al 2010b, 2013.); edificios en general(Comber y Polonia 2013); y las comunidades en su conjunto (Ewingy Synolakis 2011; Miles 2011) para nombrar unos pocos. Estudio de la infraestructuraresiliencia incluye Adams et al. (2012) que estudióla capacidad de recuperación de carga. Ha habido, sin embargo, muy poco de estudiola capacidad de recuperación de la infraestructura subterránea crítica, específicamentedistribución de agua y sistemas de recolección de aguas residuales. Matthewsy Matthews (2013) estudiaron los efectos de los desastres en la críticasistemas de infraestructura de agua y se recomienda el desarrollode directrices de resiliencia desastre para los administradores de servicios públicos a utilizar antes,durante y después de los desastres ocurren. Para el desarrollo de estas directrices,los aspectos clave de la capacidad de recuperación deben ser identificados y esfuerzoshay que tener para cuantificar esos aspectos para determinar el nivelde confianza de un gestor de utilidad puede tener en su nivel de resistencia.Aspectos clave de la resiliencia de Infraestructura de AguaEstructura o capacidad de recuperación de infraestructura es un resultado crítico de riesgogestión y planificación, que incluye primero identificando yriesgos de análisis seguidas por la mitigación de los riesgos (Grigg 2003).Aunque se han documentado los aspectos clave de la estructura de la resiliencia(Por ejemplo, Jordania y Javernick-Will 2012), los aspectos clave relacionados consubterránea resiliencia infraestructura de agua no han sido. Estasaspectos clave incluyen (1) la redundancia en el sistema de distribución de agua,(2) la capacidad de almacenamiento en el sistema de recolección de aguas residuales, (3) estructuralintegridad en la distribución de agua y recolección de aguas residualessistemas, y (4) de energía de reserva a la estabilidad estructural y de la bebidade agua y tratamiento de aguas residuales y de bombeo instalaciones.La redundancia en un sistema de distribución de agua es crítico para el sistema defuncionalidad durante y después de un desastre. Potable segura y limpiael agua es necesaria tanto para el control de desastres (por ejemplo, la extinción de incendios)y para beber y la limpieza (por ejemplo, la atención al paciente en los hospitales). Losfunción primaria de redundancia es asegurar que un servicio seguro deel agua no se interrumpe cuando falla una arteria o tubería. El diseñode redundancia en los sistemas de distribución de agua es importante, inclusobajo condiciones de operación normales, pero medidas adicionales talescomo puede ser necesario emplear puntos de suministro extra y mayor capacidad de la tuberíapara dar cuenta de los impactos peligros tener en un sistema(Hoshiya y Yamamoto 2002).La capacidad de almacenamiento es fundamental para los sistemas de recolección de aguas residuales aevitar que la planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR) de sobrecarga y las inundacionesde aguas residuales contaminadas. Cuando una EDAR se sobrecarga, unoperador normalmente lanzará el agua sin tratar en un abiertocuerpo de agua como un río. Esto se conoce como un alcantarillado sanitario1Principal Research Scientist, Battelle, 7231 Palmetto Dr., BatonRouge, LA 70808. Correo electrónico: matthewsj@battelle.orgNota. Este manuscrito fue presentado el 1 de noviembre de 2013; aprobadoel 15 de abril de 2015; publicado en línea el 26 de mayo, período de 2015. Discusiónabierta hasta el 26 de octubre 2015; discusiones separadas deberán presentarse paratrabajos individuales. Esta nota técnica es parte de la revista Journal of StructuralIngeniería, © ASCE, ISSN 0733-9445 / C6015001 (4) / $ 25.00.© ASCE C6015001-1 J. Struct. Ing.J. Struct. Ing. Descargado de ascelibrary.org por la Universidad de los Andes en 08.02.15. Derechos de autor ASCE. Sólo para uso personal; todos los derechos reservados.desbordarse y no está permitido por la Ley de Agua Limpia. Combatiresto, algunas utilidades de aguas residuales han construido túneles de almacenamiento de profundidadpara retener el agua no tratada hasta capacidades EDAR son de nuevo anormal (Vasconcelos y Wright 2005). Estos túneles también puedenayudan a impedir la inundación dentro del sistema de recogida, que puede causaraguas residuales que se libera a través de pozos de registro sobrecargados.La integridad estructural de la distribución de agua y recolección de aguas residualessistemas es importante bajo condiciones de operación normales, perodurante el estrés de un desastre, estos sistemas deben ser capaces de funcionaren condiciones anormales. Estas condiciones pueden incluiraumento de picos de presión en el sistema de distribución, el aumento externacargas debidas a las inundaciones aguas, o el aumento de los flujos en las coleccionessistemas debido a la infiltración de agua de la inundación, etc. Para garantizar que estos sistemasson sonido estructural, las evaluaciones de condición activas deben serllevado a cabo con técnicas apropiadas (Hao et al. 2012) y la infraestructuralos activos deben ser rehabilitados o reemplazados para asegurar que puedansoportar condiciones peligrosas (Sterling et al 2010;. Morrisonet al. 2013).Tener el poder de copia de seguridad y estabilidad a la estructura del consumo de alcoholagua y tratamiento de aguas residuales e instalaciones de bombeo es fundamentalpara garantizar que las operaciones de mantenerse en el camino durante el desastre y la recuperaciónesfuerzos. El poder de copia de seguridad se asegurará de que las bombas mantienenagua operacional y flujos de transporte a sus lugares adecuados.La estabilidad estructural de las estructuras físicas es crucial y ha sidocubierto por los muchos otros estudios en la construcción de la capacidad de recuperación durantedesastres anteriormente citados. Si bien estos aspectos clave no son un exhaustolista, que se considera que es el más importante cuando seviene a la capacidad de recuperación de infraestructura de agua.Resiliencia CuantificaciónSe han hecho esfuerzos para cuantificar la resistencia lo que se refiere a los huracanes(. Bevington et al 2011); activos individuales (Cimellaro et al.2010a, 2011); y organizaciones (Lee et al. 2013). Tabla 1 es unatratar de cuantificar los aspectos clave de la capacidad de recuperación de infraestructura de aguapor lo que los administradores de sistema de agua pueden estar mejor preparados para los desastresy la recuperación después. Sistemas de infraestructura de agua con unSe esperaría alto nivel de resistencia a recuperarse rápidamente despuésun desastre, mientras que los sistemas con baja capacidad de recuperación experimentarían unalenta recuperación. Se recomienda que, como mínimo, un sistema de aguamantener un nivel de capacidad de recuperación a medio y evaluar los riesgos que plantean losdesastres en la región para determinar si un alto nivel de resistencia esnecesaria y rentable.Análisis de Peligros Huracán recientesUtilizando los niveles de resiliencia descritas en la Tabla 1 y el análisis de los huracanesKatrina y Rita, que azotó la costa del Golfo de México en2005, se presenta. Este análisis se basa en una encuesta de la sanitariael personal de la región (Chisolm 2007). Para la discusión sobre larelación entre la capacidad de recuperación de infraestructura de agua y el terremotodesastres, ver Davis 2014.Caso # 1La ciudad de Lake Charles, Louisiana, que es la quinta ciudad más grande deel estado con una población de aproximadamente 70.000 habitantes, fue golpeada porHuracán Rita en 2005. Durante la tormenta, el sistema de distribuciónestaba funcionando bien, excepto por el daño que se ha producido con el serviciotuberías de conexión, principalmente debido a los árboles desarraigo. Redundancia completaen el servicio de la tubería de conexión es extremadamente rara, con excepción declientes críticos tales como hospitales; Por lo tanto, este nivel de redundanciase considera que es medio. El mayor nivel de redundanciano es probable que ser rentable, pero tendría que ser evaluadosobre una base de caso por caso para determinar si los beneficios superanlos costos.El sistema de recolección de aguas residuales no contiene ninguna de almacenamientocapacidad, por lo que cuando la EDAR era incapaz de manejar los flujosdebido al aumento de la infiltración de agua de lluvia, aguas residuales sin tratar se bombeóen un pantano (Chisolm 2007). Esto se considera un bajo nivel de resistencia.Para alcanzar un mayor nivel de resistencia, las utilidades pueden construir grandesestanques de almacenamiento de superficie o más comúnmente, túneles profundos-rock amanejar más alto que el flujo de sanitario normal.La integridad estructural del actual sistema de alcantarilladoera alto, pero de nuevo desde la EDAR no podía manejar laflujos, un desbordamiento de alcantarillado sanitario (SSO) que se derrama aguas negrasen cuerpos de agua producido. Además, dado que casi el 300 servicio de aguaconexiones rompieron durante y después del evento, el servicio se redujofuera a muchos hogares (Chisolm 2007). La contaminación no ocurrióen el sistema, pero puesto que la presión se redujo a menos de 200 kPA(30 psi), un aviso de hervir el agua se emitió para estar seguro. Esto se consideraun bajo nivel de resistencia.Tabla 1. Infraestructura de Agua Niveles Sistema ResilienciaResistenciaparámetrosNiveles de Resiliencia1-Bajo 2 Medio-3 de altaDistribución de aguaredundancia del sistemaSin redundancia. Puntos de suministro individuales paramúltiples puntos de demanda. Una sola tuberíaruptura puede cerrar el servicio a un granárea de la demandaRedundancia a lugares críticos. Múltiplepuntos de suministro de las demandas más importantes(Es decir, hospitales, instalaciones gubernamentales, yescuelas)Redundancia a todos los lugares. Múltiplepuntos de suministro para todas las exigencias. Sistema escapaz de operar durante casi todo peligroeventosAguas Residualessistema de recolecciónalmacenamientoSin almacenamiento del sistema de alcantarillado sanitario.EDAR sobrecarga común durante toda altaeventos de volumen, incluso moderadas a fuerteseventos de lluviaAlmacenamiento del sistema de recogida de aguas residualesdiseñado para eventos de alto volumen de agua(por ejemplo, inundaciones de 100 años). No puede incluiralmacenamiento de eventos extremosSistema diseñado para el almacenamiento de atípicaeventos de alto volumen de agua (por ejemplo, un huracáninundaciones y recargos del sistema)ya sea por encima o bajo tierraIntegridad estructuralde los sistemas de aguaDeterioro grave. Mayor que 30 principalbreaks = 160 kilometros D100 milesÞ = años y 5 omás OPB = año. Sistemas en estecondición no puede soportar moderadaeventosDeterioro moderado. 10-30 principalbreaks = 160 kilometros D100 milesÞ de tubería = añoy menos de 5 años = OPB. Exploración del sistemaoperar en la mayoría de los eventos de riesgoEstructuralmente estable. Menos de 10 principalbreaks = 160 kilometros D100 milesÞ = año yno hay OPB = año. Los sistemas pueden operar enprácticamente cualquier situación de peligroEl poder de copia de seguridad yestabilidad estructuralde las instalaciones de aguaNo hay energía de respaldo para el bombeo o tratamientoinstalaciones. Las instalaciones no son capaces desoportar desastres moderados, resultando enservicio interrumpidoEnergía de reserva a algún bombeo oinstalaciones de tratamiento. Instalaciones posiblesoportar desastres más moderadas, peroeventos extremos resultan en servicio interrumpidoEnergía de reserva a todos bombeo yinstalaciones de tratamiento. Las instalaciones son capaces desoportar desastre casi todos extremaeventos© ASCE C6015001-2 J. Struct. Ing.J. Struct. Ing. Descargado de ascelibrary.org por la Universidad de los Andes en 08.02.15. Derechos de autor ASCE. Sólo para uso personal; todos los derechos reservados.La EDAR perdió 100% de su potencia durante la tormenta casidos semanas (Chisolm 2007) y el techo de la EDAR fue severamentedañado debido a los fuertes vientos que albergaba las bombas. Esto se consideraun bajo nivel de resistencia. Energía de reserva para instalaciones críticastales como estaciones de bombeo y EDAR es fundamental para la recuperación después de unpeligro.Caso # 2La ciudad de Nueva Orleans, Louisiana, que es la ciudad más grande de laestado con una población de aproximadamente 340.000 (más de400.000 en el momento de la tormenta), fue golpeado por el huracán Katrinaen 2005. El sistema de distribución era completamente inoperable poralrededor de una semana después de la tormenta debido a las inundaciones y la pérdida de energía cuandopartes comenzaron a llegar de nuevo en línea (Chisolm 2007). Esto se consideraun bajo nivel de resistencia.El mayor impacto de la tormenta se debió a la falla de múltiplesdiques alrededor de la ciudad que dio lugar a una inmensa inundación. El agua de la inundaciónmantenido durante varios días hasta que el poder estación de bombeo podría serrestaurada. En ese momento, el hundimiento del suelo y la pérdida de apoyo de camahabía dado lugar a numerosas rupturas y fracturas en la distribución de aguay tuberías del sistema de infraestructura de recolección de aguas residuales. Típicodaños observados durante las reparaciones de tuberías también incluyeron bloqueos pesadosde los sedimentos (Chisolm 2007). Esto se considera un nivel bajode resiliencia. Cabe señalar que la ciudad estaba en medio de unagran programa de reparación de alcantarillado sanitario en el momento de la tormenta; por lo tantomuchos tubos tuvieron recientemente o pronto iban a ser objeto de reparación.Centrales de bombeo se quedaron sin electricidad durante semanas ya que su eléctricapaneles se encuentran debajo de la tierra y las inundaciones fue de 1 m(3 pies) o más en muchas áreas. Era casi un mes después de la tormentaantes de aguas residuales fue capaz de ser tratado (Chisolm 2007). Esto esconsiderado como un bajo nivel de resistencia. La colocación de los paneles sobre el suelopodría haber evitado algunos de la pérdida de potencia debido ainundaciones.La Tabla 2 resume la capacidad de recuperación del sistema para Lake Charles yNueva Orleans. Si bien se trata de dos casos extremos, los impactos deestos dos desastres en las dos ciudades eran paralizante. Tenía estos sistemassido diseñado para ser (es decir, niveles, medio o alto) más resistentes,estos impactos podrían haber reducido en gran medida.Conclusiones y RecomendacionesLa resistencia de los sistemas de infraestructura de agua a los desastres es una delos aspectos más críticos de la recuperación de desastres como el tratamiento seguro deel agua potable y la disposición adecuada de las aguas residuales están obligados agarantizar la salud y seguridad pública. Cuatro aspectos críticos de la infraestructura de aguala resistencia del sistema se han identificado y cuantificado aayudar a los administradores del sistema de agua a identificar donde las mejoras pueden serhecho para hacer que sus sistemas sean más resistentes a los desastres, en concretohuracanes como se explica en este artículo. Dos estudios de casos han sidoproporcionado para mostrar cómo experimentaron sistemas con baja resilienciaimpactos paralizantes durante grandes huracanes. Los administradores del sistema puedenmirar a estos ejemplos y los mayores niveles recomendados de la resiliencia(Tabla 1) como una buena práctica para la mitigación de los impactos de los desastres.Se recomienda que los administradores de sistema de agua mantienen susistema en un nivel medio de la resistencia y la relación costo-beneficioanálisis para ver si se requiere un alto nivel de resistencia para cualquier o todosde los cuatro aspectos clave de la resistencia del sistema de infraestructura de agua.ReferenciasAdams, T., Bekkem, K., y Toledo-Duran, E. (2012). "La capacidad de recuperación de cargamedidas ". J. Transp. Eng., 10.1061 / (ASCE) TE.1943-5436.0000415,1403-1409.Bevington, J., et al. (2011). "La medición, monitoreo y evaluación posterior al desastrela recuperación: un elemento clave en la comprensión de la resiliencia comunitaria ".Estructuras Congreso, ASCE, Reston, VA, 2033-2043.Bruneau, M., et al. (2003). 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Análisis de Agua Infraestructura Niveles Sistema ResilienciaParámetros Resiliencia Lake Charles, LA / Huracán Rita Nueva Orleans, LA / huracán KatrinaDistribución de aguaredundancia del sistemaMedio: Sistema de distribución era funcional, pero elnumerosas roturas en las conexiones de servicio de servicio limitados paramuchosBaja: El sistema no operativo durante casi una semana después de la tormenta debidoprincipalmente a una pérdida de potencia. Redundancia en el suministro podría tenerevitado esta pérdida de servicioRecogida de aguas residualesalmacenamiento del sistemaBaja: Las aguas negras tuvo que ser bombeado a un pantano cuando elEDAR perdió el poder porque el sistema no contenía ningunacapacidad de almacenamientoBaja: Ninguna colección de aguas residuales de almacenamiento del sistema. El sistemasobrecargados debido al alto volumen y aguas crudas fueron inundadasa lo largo deLa integridad estructural desistemas de aguaBaja: Con experiencia casi 300 roturas en la distribuciónsistema, la mayoría de servicio tuberías de conexión, lo que resulta en una pérdidade la presiónBaja: hundimientos de tierra y la pérdida de las camas causaron numerosasdescansos. Bloqueos pesados ​​de sedimentos causados ​​sistemarecargos después del eventoEl poder de copia de seguridad yla estabilidad estructural deinstalaciones de aguaBaja: pérdida del 100% de la potencia en la EDAR y el techo arrancado dela EDAR. Energía de reserva se habría mantenido la EDARfuncionalLow: Centrales de bombeo fueron inoperable y no podían eliminar las inundacionesaguas. Colocación de la aérea paneles eléctricos podría tenerimpedido algunas pérdidas de potencia© ASCE C6015001-3 J. Struct. Ing.J. Struct. Ing. Descargado de ascelibrary.org por la Universidad de los Andes en 08.02.15. Derechos de autor ASCE. 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