Повышение надежности эксплуатируемых систем подачи и распределения воды

Ангарской промышленной зоны. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003. 195 с.

6. Челищев Н.Ф. Беренштейн Б.Г., Володин В.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья. М.: Недра, 1987. 176 с.

7. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. Киев: Наукова Думка, 1989. 222 с.

8. Хатькова А.И. Минерально-технологическая оценка промышленного цеолитсодержащего сырья для обоснования методов обогащения и получения товарной продукции.// Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Чита: Изд-во ЧИТГу, 2004. 36 с.

9. Смит. А. Прикладная ИК-спектроскопия. М.: Мир, 1982. 327 с.

10. Хараев Г.И, Хантургаева Г.И, Захаров С.Л, Ширетова В.Г. Очистка от нефтепродуктов природными цеолитсодер-жащими туфами // Безопасность жизнедеятельности. 2007. №2. С. 29-32.

11. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. М.: Химия, 1982. 168 с.

12. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 306 с.

УДК 628.1 (1-21) ББК 38.761

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ СИСТЕМ ПОДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ

В.Р. Чупин1, А.С. Душин2

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Обоснована необходимость комплексной оценки надежности систем подачи и распределения воды. Предложена методика оптимизации параметров реконструируемой системы водоснабжения с учетом надежности водообес-печения.

Ил. 7. Табл. 3. Библиогр. 1 назв.

Ключевые слова: оценка надежности; водообеспечение; система подачи и распределения воды; оптимизация; повышение надежности.

RELIABILITY IMPROVEMENT OF OPERATING WATER SUPPLY AND DISTRIBUTION SYSTEMS V.R. Chupin, A.S. Dushin

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The authors prove the necessity of a comprehensive assessment of the reliability of water supply and distribution systems. They suggest a procedure for the parameter optimization of the water supply system under reconstruction, taking into account the reliability of water supply. 7 figures. 3 tables. 1 source.

Key words: assessment of reliability; water supply; system of water supply and distribution; optimization; improvement of reliability.

Как и любая система массового обслуживания, система подачи и распределения воды (СПРВ) должна выполнять функции водообеспечения потребителя, сохраняя во времени установленные технологические параметры в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям эксплуатации, а также регламентам технического обслуживания и ремонта.

Сохранение первоначальных свойств надежности водообеспечения СПРВ является одной из основных задач, стоящих перед эксплуатирующими организациями. Вместе с тем, как показал анализ существующих СПРВ, многие из них эти свойства потеряли. Причиной этому явились не всегда обоснованные решения по выбору схем зонирования сетей, выводу из работы отдельных магистралей, несвоевременные восстановительные работы и отказ запорно-регулирующей арматуры.

Случайный характер процесса водопотребления и возникновения аварийных ситуаций, а также появление новых потребителей, которые не всегда соответствуют генпланам развития городов, приводят к потере первоначальных свойств надежности водообеспечения и, следовательно, к уменьшению пропускной способности и управляемости системы в целом. При этом возникает ряд задач, связанных с перераспределением потоков, включая перекладку отдельных участков сети и реконструкцию насосных станций. Решение этих задач сводится к оптимизации работы водопроводной сети с учетом стохастического характера процессов потребления воды, динамики развития системы и вероятности возникновения внештатных ситуаций (аварийных отключений). Задача оптимизации заключается в том, чтобы с помощью изменения структуры и параметров сети создать резерв по про-

1 Чупин Виктор Романович, доктор технических наук, профессор, декан факультета строительства и городского хозяйства, тел.: (3952) 405145.

Chupin Victor Romanovich, Doctor of technical sciences, professor, dean of the faculty of Civil Engineering and Municipal Economy, tel.: (3952) 405145

2Душин Алексей Сергеевич, аспирант, тел.: (3952) 451747, 89149412320, e-mail: a.s.dushin@mail.ru Dushin Aleksey Sergeevich, tel.: (3952) 451747, 89149412320, e-mail: asdushin@mail.ru

Рис.1. Схема системы подачи и распределения воды

пускной способности сети и сооружений на случай возникновения той или иной аварийной ситуации, причем эти изменения необходимо осуществлять, минимизируя некоторый функционал потерь в энергетическом, стоимостном или надежностном выражениях при соблюдении соответствующей совокупности технических и других ограничений. Иными словами, решение задачи сводится к выбору оптимального варианта реконструкции сети и сооружений по критерию приведенных расчетных затрат, при условии выполнения требований надежности водообеспечения каждого потребителя.

Количество таких вариантов может быть достаточно большим и выбор лучшего из них весьма затруднительным.

В настоящей работе предлагается методика решения этой задачи, которая заключается в определении оптимальной структуры СПРВ в условиях случайных процессов водопотребления и возникновения аварийных ситуаций. Суть данной методики заключается в следующем: в качестве расчетных принимаются наиболее вероятные графики потребления воды в безаварийных режимах работы СПРВ. Далее моделируются всевозможные аварийные ситуации и, с учетом их вероятностного характера, определяются фактические графики потребления воды. Для каждой аварийной ситуации производится сопоставление этих графиков с требуемыми. В случае невыполнения требуемых норм надежности водообеспечения данный участок сети фиксируется. Таким образом, определяются участки, на которых аварии приводят к нарушению норм надежности водообеспечения. Далее производится оптимизация реконструкции существующей системы водоснабжения при последовательном отключении каждого из аварийных участков сети. Оптимизационные расчеты производятся при пониженных нагрузках, соответствующих допустимым нормам на-

дежности. Следует отметить, что решения, получаемые на предыдущих шагах оптимизации, являются основой для последующих шагов, то есть производится суперпозиция получаемых структур и параметров сети.

Для оценки воздействия любой аварийной ситуации на потребителей в работе была использована методика моделирования потокораспределения в сети с нефиксированными отборами воды. Более подробно эта методика изложена в [1].

Для оптимизации параметров реконструируемой системы водоснабжения применяется методика многоконтурной оптимизации [1], адаптированная к условиям решаемой задачи.

Для иллюстрации предлагаемой методики рассмотрена система подачи и распределения воды, которая представлена на рис. 1. Данная СПРВ включает в себя 24 узла, 38 участков. На основании статистических данных об авариях получены следующие интенсивности отказов (количество аварий на 1 км трубопроводов в год), которые представлены в табл. 1.

Таблица 1

Зависимость интенсивности отказов

Диаметр участка, мм Интенсивность отказа

500 0,1

250 0,2

200 0,3

150 0,4

100 0,5

На основании показаний водомерных приборов в течение года для каждого потребителя построены их наиболее вероятные графики в безаварийных режимах работы СПРВ (см. рис. 2, 3, 4, штриховые линии).

22,49 21,68 20,67 19,78 18,84 17,93 17,02 16,10 15,19 14,28 13,37 12,45 11,54

10,63

9,71

8,80

7,89

6,98

6,06

1

1 2 1 1 1

2 3 2 2 1 1 2 1

9 1 1 7 8 5 5 4 5 1 3 1 2

8 8 7 3 11 13 6 8 7 3 4 7 1 1 4 1

21 12 1 11 7 18 7 12 31 10 7 11 "Г 5 11 5 11 3

38 25 1 21 14 20 17 14 38 23 11 10 21 18 9

45 45  48 5 3 35 21 ™2(Г 35 28 20 31 31 7з" 25 "зТ 32 12 33 41 19 5

51 13 9 21 44 51™ 38 '42* 47 38 41 18 41 45 22 | 28

33 1 1 39 23 36 71 52 53 41 47 51 37 53 67 32 45 48 35 35

73 2 2 69 35 63 85 57 49 61 53 51 69 42 61 67 48 40

29 5 4 43 65 43 46 42 82 76 61 63 48 61 44 63 51 54 45 51

15 8 10 28 67 27 48 21 28 36 51 45 43 43 41 41 27 65 79

11 1 1 1 15 6 16 36 51 21 38 9 18 23 38 28 31 25 46 23 21 29

4 2 2 4 6 38 8 9 31 35 13 10 1 9 9 31 9 20 14 28 11 17 12 41

3 6 5 6 10 54 21 5 21 24 7 6 1 4 5 15 3 11 5 6 7 9 13 15

2 6 3 7 16 24 3 19 19 2 2 2 5 2 7 2 8 4 8 10 7

1 12 5 10 26 48 36 1 25 11 1 1 1 1 1 3 1 2 5 3 3

31 24 28 37 53 54 86 1 19 7 1 1 1 1 1 1 1 1

80 70 76 87 37 9 2 1 1 1 1 2 1

118 132 121 102 26 62 7 1 1 1

101 116 104 72 17 43 7 1

5,15

4,24 3,32

2,41

1,50 0,59

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

22

23 24 часы

Рис.2. График водопотребления для узла 9

2

10 1 1

12 2 2

18 5 1 2 1 1 1

' 32 1 1 13 3 8 5 5 5

42 | 1 4 1 2 1 3 7 7 11 7 21 6 1

44 18 8 1 1 1 2 9 2 9 17 28 11 5 18 10 41 12 9 3 1 4 1

63 12 31 6 2 1 7 4 8 4 5 25 13 20 23 45 7 1 11 3

46 25 38 10 6 2 11 11 21 10 28 | 38 31 | 23 | 35 31 48 14 14 11 21 | 9

28 45 41 16 6 4 21 . 18 19 _38_ 45 6 35 42 37  36 44 43 51 20 1,21 32  21

6 48 39 47 26 12 10 35 8 Р ™ 40 49 51 48 51 51 54 47 26 33  | 41 | 35

9 58 37 31 6 | 44 22 51 | 21 | 51 61 51 43 57 53 41 53 52 41 53 46 гг

69 65 || 82 80 1 8 | 63 35 33 24 65 28 5Ю 36 76 69 59 61 82 45 53

43 41 87 81 2 4 21 1 71 48 73 36 79 18 31 52 21 45 17 63 85 61 | 25 | 51

28 23 72 68 5 6 24 1 42 45 29 54 86 41 9 20 21 9 28 9 36 48 51 63 35

16 15 51 47 3 7 36 1 27 27 15 15 4 11 19 1 9 8 23 38 41 61 24

9 9 21 19 5 10 54 1 21 29 11 62 7 2 7 25 1 3 5 5 10 23 14 19

5 5 5 3 24 28 рб 13 12 4 43 3 1 3 19 2 1 6 11 5 11

3 2 1 1 70 76 162 7 13 2 1 1 9 1 2 2 7 2 7

1 1 132 121 43 2 10 1 1 7 1 1 1 4 1 2

1 116 104 1 3 1 1 2 1 1

22,49

21,68

20,67

19,78

18,84

17,93

17,02

16,10

15,19

14,28

13,37

12,45

11,54

10,63

9,71

8,80

7,89 6,98 6,06

5,15

4,24 3,32

2,41 1,50 0,59

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

часы

Рис.3. График водопотребления для узла 21

2

3

4

5

6

7

8

9

2

3

4

5

6

7

8

9

q, л/ч

22,49

21,68

20,67

19,78

18,84

17,93

17,02

16,10

15,19

14,28

13,37

12,45

11,54

10,63

9,71

8,80

7,89

6,98

6,06 5,15 4,24

3,32

2,41 1,50 0,59

на одного человека

1 1 2

2 2 3

2 5 7 1 1 1

1 1 8 13 5 5 5 1 1 1 1 3 "7™

2 3 11 7 10 6 7 3 2 1 1 4 4 1

4 11 9 18 _Г7 28 18 12 10 7 9 8 12 1 11 5 8 11 11 1

1 5 20 35 20 23 31 14 8 21 31 21 25 7 «1

1 1 5 ¡18 ¡28 38 32 21 21 ! 25 21 41 38 32 31 и ! 1

2 2 19 22 35 44 51 42 42 47 43 26 38 45 48 33 45 41 41 37 21 .3

5 4 1— 23 40 51 49 44 53 51 52 45 51 41 48 67 47 53 51 35 9

8 10 35 48 57 76 61 63 61 53 82 39 45 58 65 67 69 44 21

15 1 1 1 6 ,36 65 79 28 46 63 69 85 33 69 61 54 61 43 71 35

38 6 2 2 4 8 65 45 21 18 28 36 45 48 73 43 51 41 41 43 31 63 46 67

54 10 6 5 6 21 43 27 41 9 9 6 23 28 38 29 28 41 21 23 25 20 42

56 16 6 3 7 24 36 29 15 4 9 9 9 10 15 16 23 17 15 14 11 27 51

48 26 12 5 10 36 31 12 7 2 5 3 6 11 9 11 9 9 5 7 21 35

53 37 31 24 28 54 21 13 3 1 2 2 4 5 7 8 5 2 3 13 24

37 87 80 70 76 19 10 1 1 1 3 3 4 5 2 1 1 7 19

26 102 118 132 121 62 25 3 1 1 1 2 1 2 1 1 1 2 11

17 72 101 116 104 43 19 1 1 1 1 1 2 1 7

5 21 31 43 32 11 9 1 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

часы

Рис.4. График водопотребления для узла 23

Согласно вышеизложенной методике, разыграны всевозможные аварийные ситуации и, с учетом принятых интенсивностей отказов, построены наиболее вероятные графики потребления воды для каждого потребителя. На рис. 2, 3, 4 эти графики представлены жирными линиями. Сопоставляя графики в аварийных и безаварийных режимах, можно сделать выводы, что отдельные потребители будут недополучать воду в часы наибольшего водопотребления. К ним относятся потребители 9, 21, 23. Все другие потребители будут получать расчетный расход при любой аварийной ситуации. Среднесуточная недоподача воды в отношении потребителей 9, 21, 23 и системы в целом будет следующей (табл. 2).

Таблица 2

Зависимость водообеспечения потребителей

Как видно из табл. 2, любая аварийная ситуация на водообеспечение жилого района в целом сказыва-

ется незначительно (2,11%). Однако некоторые потребители при этом будут испытывать значительную недоподачу воды. Аварии на участках 1-2, 1-3 приводят к нарушению надежности водообеспечения потребителей 9, 21, 23:

- при отключении участка 1-2 происходит снижение водообеспечения потребителей 9, 21;

- при отключении участка 1-3 происходит снижение водообеспечения потребителей 9, 23.

Согласно предлагаемой методике, выполнено мероприятие по увеличению диаметров магистралей, ведущих от источника к потребителям с пониженным водообеспечением (табл. 3).

Таблица 3

Влияние замены диаметров участков на водообеспечение потребителей_

№ Наимено- Диаметр до Диаметр Влияние на

п/п вание уча- замены, мм после за- потребите-

стка мены, мм ля

1 1-6 150 250 9, 21, 23

2 6-7 150 200 23

3 6-8 150 200 21

4 8-13 150 200 21

5 7-12 150 200 23

После выполнения вышеуказанного мероприятия произведены гидравлические расчеты для потребителей 9, 21, 23 и вновь построены наиболее вероятные графики в безаварийных и аварийных режимах работы СПРВ

от их расположения в сети водоснабжения

Наимено- Среднесу- Среднесу- Среднесу-

вание точный точный точный

участка расчетный объем не- объем не-

расход доподачи, доподачи,

м3 %

9 233,15 21,39 9,17

21 233,15 32,83 14,08

23 233,15 39,27 16,84

В целом по 5595,60 118,44 2,11

району

q, л/час на одного человека 22,49

1

1 2

3 2 1 1 3

7 2 2 1 1 1 7 1 1

1 3 8 5 5 5 3 4 5 1 1 2

2 1 1 1 7 11 13 6 7 7 11 10 11 5 4 1

9 8 1 7 14 18 7 12 4 10 11 21 12 21 21 11 3

8 12 3 11 21 20 17 14 8 23 25 32 18 33 41 18 9

21 25 9 21 26 35 28 20 31 31 31 41 32 41 45 19 5

38 45 5 21 35 52 44 38 47 38 43 37 42 22 28

45 48 13 35 44 85 51 42 53 41 51 51 || 67 44 61 67 35 1 35

51 23 46 || 71 82 || 57 49 61 47 1 53 61 63 51 54 48 1 40

33 1 I 1 69 1 | 36 || 67 63 48 76 61 58 || 69 43 43 46 41 41 45 1 51

73 2 2 43 65 51 42 38 21 28 36 65 45 31 25 28 23 21 27 | 65

29 5 4 28 43 35 27 10 9 18 23 41 28 20 14 6 11 17 29 79

15 8 10 16 36 24 21 6 1 9 9 23 9 11 5 8 7 9 12 41

11 1 1 1 15 6 9 31 19 13 2 1 4 5 15 3 7 2 4 8 13 15

4 2 2 4 6 38 8 5 21 11 7 1 2 9 2 3 1 2 5 10 7

3 6 5 6 10 54 21 3 19 7 2 1 1 5 1 1 1 1 1 3 3

2 6 3 7 16 56 24 1 25 2 1 1 2 1 1 2 1 1

1 12 5 10 26 48 36 1 19 1 1 1 1 1 1

31 24 28 37 53 54 9 1 1

80 70 76 87 86 7 1

118 132 121 102 26 62 7

101 116 104 72 17 43 7

9,71 8,80 7,89 6,98 6,06

5,15 4,24 3,32

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

22

23 24 часы

Рис.5. График водопотребления для узла 9

2

3

4

5

6

7

8

9

22,49

9,71 8,80

2

10 1 1

12 2 1 2 1

18 5 3 2 1 5

32 1 1 13 7 8 5 1 6

42 1 2 3 7 11 11 7 5 12 1

44 63 1 1 4 1 2 9 1 9 17 25 18 10 21 9 3 1

8 8 7 4 8 2 5 28 31 5 20 23 41 14 7 1 4 3

46 28 12 31 1 1 11 11 21 4 28 38 37 13 35 31 45 20 н47н 14 1 11 9

25 38 6 2 1 21 18 38 10 35 " 51 23 44 43 48 21 11 21 21

6 45 41 10 6 2 35 19 45 6 40 49 51 36 51 51 51 53 63 26 21 32 35

9 48 47 16 6 4 1 63  22 35 33 8 51 1 61 5^ 1 48 57 53 54 -- 52 33 1 41  46

39 69 43 58 26 12 10 1 21 65 1 28 31 1 43 76 69 41 59 61 82 85 41 I 5з| 1 67

65 37 31 6 71 48 3 | 24 79 18 20 36 21 45 36 45 43 51

41 82 80 1 8 42 45 29 | 36 41 9 11 52 9 28 17 23 48 61 25 35

28 23 87 81 2 4 21 27 27 15 54 86 62 15 4 7 21 1 9 9 5 38 51 63 24

16 15 72 68 5 6 24 21 29 11 7 2 3 19 1 3 8 10 41 61 19

9 9 51 47 3 7 36 13 12 4 3 1 1 25 2 5 6 23 14 11

5 5 21 19 5 10 54 7 13 2 43 1 19 1 1 2 11 5 7

3 2 5 3 24 28 2 10 1 1 9 1 2 1 7 2 2

1 1 1 1 70 76 162 1 3 1 7 1 1 4 1 1

1 132 121 43 2 1

116 104

4,24 3,32

1 2

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

часы

Рис.6. График водопотребления для узла 21

3

4

5

6

q, л/ч

22,49

21,68

20,67

19,78

18,84

17,93

17,02

16,10

15,19

14,28

13,37

12,45

11,54

10,63

9,71

8,80

7,89

6,98

6,06 5,15 4,24

3,32

2,41 1,50 0,59

на одного человека

1 1 2

2 2 3 1 1

2 5 7 5 1 3

1 1 8 13 5 6 5 3 1 1 1 4 4 7

2 3 11 7 10 12 7 7 2 1 1 5 8 11 11 1

4 9 18 17 12 14 10 14 9 8 11 21 "Г 31 21 25 7

11 5 20 28 18 20 23 21 8 12 21 38 32 11 1

19 28 35 42 _32_ 42 47 31 26 21 25 45 33 41 45 41 41 37 21 1

5 35 44 51 ,53_ 61 43 51 52 85 38 48 67 47 53 51 35 1 3

1 13 23 22 40 49 44 45 51 48 45 61 58 65 67 69 44 ' 9

2 2 35 48 51 57 76 61 63 63 53 82 39 69 54 61 43 71 I 1 21

5 4 , 36 65 65 79 28 46 36 69 48 33 73 51 41 41 43 31 63 35

8 10 45 21 18 28 23 45 38 43 41 21 23 25 20 42 46 67

15 1 1 1 6 43 27 41 9 9 6 9 28 10 29 28 23 17 15 14 11 27

38 6 2 2 4 8 36 29 15 1 4 9 5 9 6 15 16 11 9 9 5 7 21 51

54 10 6 5 6 21 31 12 7 1 2 3 2 11 9 7 8 5 2 3 13 35

56 16 6 3 7 24 21 13 3 1 2 1 4 5 4 5 2 1 1 7 24

48 26 12 5 10 36 19 10 1 1 1 3 3 2 1 1 1 2 19

53 37 31 24 28 54 25 3 1 1 1 2 1 1 2 1 11

37 87 80 70 76 19 1 1 1 1 1 1 1 7

26 102 118 132 121 62 9 1 2

17 72 101 116 104 43 7 1

5 21 31 43 32 11 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

часы

Рис.7. График водопотребления для узла 23

После проведения мероприятий, сопоставляя графики в аварийных и безаварийных режимах, можно сделать выводы, что потребители 9, 21, 23 в часы наибольшего водопотребления будут недополучать воду в пределах требований СНИП. Все другие потребители будут получать расчетный расход при любой аварийной ситуации.

Библиографический список

1. Чупин В.Р., Майзель И.В., Малевская М.Б. Теория графов и ее применение в задачах проектирования и эксплуатации трубопроводных систем жилищно-коммунального

Оптимальный вариант СПРВ после выполнения мероприятий по предлагаемой методике можно определить в результате технико-экономических расчетов.

Предлагаемая методика позволяет исследовать надежность водообеспечения каждого потребителя в отдельности и системы в целом, а также произвести оптимизацию параметров реконструируемой системы водоснабжения.

хозяйства: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. 164 с.

УДК711.4

СТРУКТУРА ТУРИСТИЧЕСКОГО ЛАНДШАФТА И ЕГО СПЕЦИАЛИЗАЦИИ В БАЙКАЛЬСКОМ РЕГИОНЕ

М.А. Шишканова1

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Раскрыты основные принципы формирования структуры и морфотипов туристических ландшафтов. Перечислены и охарактеризованы семь типов туристических специализаций. На примере существующей системы организации туристических ландшафтов Байкальского региона раскрывается влияние специализаций на их планировочную структуру. Ил. 2. Табл. 1. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: ландшафт; структура; морфотип; туризм; рекреация.

1Шишканова Мария Александровна, аспирант, тел.: 89500836511, (3952)597958, e-mail: Buevich699@mail.ru Shishkanova Maria Alexandrovna, postgraduate student, tel.: 89500836511, (3952) 597958, e-mail: Buevich699@mail.ru