This article presents a new data-driven method for locating leaks in water distribution networks (WDNs). It is triggered after a leak has been detected in the WDN. The proposed approach is based on the use of inlet pressure and flow measurements, other pressure measurements available at some selected inner nodes of the WDN, and the topological information of the network. A reduced-order model structure is used to calculate non-leak pressure estimations at sensed inner nodes. Residuals are generated using the comparison between these estimations and leak pressure measurements. In a leak scenario, it is possible to determine the relative incidence of a leak in a node by using the network topology and what it means to correlate the probable leaking nodes with the available residual information. Topological information and residual information can be integrated into a likelihood index used to determine the most probable leak node in the WDN at a given instant k or, through applying the Bayes’ rule, in a time horizon. The likelihood index is based on a new incidence factor that considers the most probable path of water from reservoirs to pressure sensors and potential leak nodes. In addition, a pressure sensor validation method based on pressure residuals that allows the detection of sensor faults is proposed.

Water Distribution Networks (WDNs) are complex systems that faces the challenge of detecting and locating water leaks in the system as quickly as possible due to the need for an efficient operation that satisfies the growing world demand for water. This paper introduces an entirely data-driven leak detection and localization method based on flow and pressure analysis. The method can be divided into leak detection when the fusion data of the flow and pressure measurements are studied, thus obtaining the instant where the leak starts and if there is more than one simultaneous leak (multi-leak) occurring in the network. The second part is the leak localization using the fusion of the pressure residues by applying the radial base function (RBF) interpolation to obtain the network zone with the highest leak probability. The method is validated using the L-TOWN benchmark proposed at the Battle of the Leakage Detection and Isolation Methods (BattLeDIM) 2020 challenge.

Détection et localisation de fuites dans les réseaux de distribution d'eau basées sur des approches par modèles et guidées par les données: Les réseaux de distribution d’eau sont des systèmes complexes dont la gestion et la surveillance revêtent une extrême importance. La détection et la localisation des fuites sont devenues cruciales pour ce type de réseau, car la présence de fissures ou de fuites peut entraîner des pertes économiques, des problèmes environnementaux, et un risque potentiel de contamination de l’eau qui pourrait nuire à la santé publique. Malgré tous les risques encourus, les infrastructures de distribution d’eau potable sont encore aujourd’hui grandement impactées par les fuites.Dans une ville de taille moyenne les infrastructures […] d’économiser des ressources financières.Dans ce contexte, cette thèse vise à développer une méthodologie pour la détection, l’estimation et la localisation de fuites dans les réseau de distribution d’eau potable. Elle présente également une approche permettant de bien positionner les capteurs, en validant leur position, afin de rendre la méthodologie plus robuste. Enfin, l’ensemble des techniques sont présentées et testées dans différents réseaux de distribution d’eau sur la base d’études de cas simulées et réelles.Les méthodes développées dans cette thèse peuvent être divisées en deux catégories : les méthodes basées sur des modèles et les méthodes basées sur des données. Les méthodes basées sur des modèles utilisent des modèles hydrauliques des réseaux de distribution qui doivent être bien calibrés pour obtenir des résultats fiables. Ce type de méthodes permet d’obtenir des résultats plus précis que les méthodes basées sur des données. Cependant, tous les réseaux de distribution d’eau ne disposent pas de modèles hydrauliques, ou ceux-ci ne sont pas réactualisés assez souvent pour tenir compte de l’expansion des villes et des modifications que peuvent subir les réseaux. Par conséquent, lorsque les modèles hydrauliques ne sont pas disponibles, les approches basés sur les données offrent une très bonne alternative puisqu’elles n’utilisent uniquement que les mesures issues des capteurs et les informations topologiques des réseaux.Deux méthodes de détection de fuites entièrement guidées par les données sont présentées dans cette thèse. La première méthode utilise uniquement les informations des capteurs de débit installés, détectant et estimant l’ampleur d’une fuite unique. La seconde est une technique complémentaire qui se concentre sur la détection de fuites multiples, c’est-à-dire lorsque plusieurs fuites se produisent simultanément dans le réseau de distribution d’eau. Cette dernière méthode utilise les capteurs de pression déjà installés et consiste à les regrouper par zone (i.e par classe), puis à étudier l’impact des fuites dans toutes ces zones.Les stratégies de localisation des fuites sont basées sur l’étude de la pression résiduelle générée par la comparaison entre les estimations de pression et les mesures de pression des fuites. Les méthodologies développées peuvent être divisées en deux parties […]. Dans cette thèse, trois approches basées sur les données sont proposées […].Par ailleurs, le positionnement des capteurs dans les réseaux de distribution d’eau est fondamental car il peut grandement affecter les performances de localisation des fuites. Dans cette thèse, une méthode de positionnement des capteurs de pression, idéale pour les techniques de localisation de fuites qui analysent les résidus de pression, est proposée. Afin de robustifier cette méthode, une approche de validation du positionnement des capteurs est développée, en analysant le processus de détection des fuites en fonction de la position des capteurs. Si le positionnement d’un capteur n’entraîne pas d’amélioration lors de la détection des fuites, les données issues de ce capteur peuvent être retirées afin que les autres techniques de détection de fuites n’en soient pas affectées.

Inland waterways are large-scale networks that are dedicated principally to navigation. The current management of these systems can be impacted by extreme events and/or increase of navigation demand. Hence, it is necessary to anticipate these possible impacts and to study the resilience of the inland waterways. The proposed methodology is based on a modelling approach of the inland waterways according to a web-user interface. It allows the use of optimal water allocation algorithms that are designed to solve constraint satisfaction problems. The water resource allocation is performed on future horizons of several days. A simulator based on Matlab/Simulink is developed thanks to the conception of a dedicated Simulink library. This new functionality is illustrated by considering a real case-study.