Система выявления балластных притоков сточных вод
SYSTEM FOR DETECTING BALLAST EFFLUENTS

Изобретение относится к системам водоотведения, а именно к системам выявления балластных притоков сточных вод.
Известно «Устройство для автоматизированного обнаружения разрывов трубопроводов в системе канализации» (см. патент на полезную модель №86274, Рос. Федерация: МПК F17D 5/02 / Храменков С.В., Богомолов М.В., Пак В.Н., Зарудин В.М.; опубл. 27.08.2009), содержащее программный логический контроллер, автоматизированное рабочее место в местном диспетчерском пункте на канализационной насосной станции, автоматизированное рабочее место диспетчера в центральном диспетчерском пункте канализационной системы, датчики давления и расхода в трубопроводах, отсекающие задвижки с электроприводами трубопроводов, при этом контроль расхода сточной жидкости осуществляется по двум и более одновременно работающим напорным трубопроводам канализационной насосной станции, а контроль давления в напорных трубопроводах осуществляется при открытых секционных задвижках между напорными трубопроводами, причем датчики расхода и давления устанавливаются в камерах в начале напорных трубопроводов.
Недостатком указанного технического решения является ограниченная область применения, не позволяющая его использовать для обнаружения негерметичности безнапорных трубопроводов систем водоотведения, поскольку оно предназначено для обнаружения разрывов напорных трубопроводов канализационных насосных станций.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению служит полезная модель «Система оценки баланса подачи и отведения воды мегаполиса» (см. патент на полезную модель №2592611, Рос. Федерация: МПК Е03В 1/02 (2006.01) G06F 17/00 (2006.01) / Кармазинов Ф.В., Кинебас А.К., Мельник Е.А., Панкова Г.А., Ильин Ю.А., Игнатчик B.C., Игнатчик С.Ю., Куприянов А.Г.; опубл. 27.07.2016, Бюл. №21.), содержащая множество сетей водоснабжения, разделенные на зоны так, что зоны сетей водоснабжения совпадают с зонами водоотведения, в состав которых включены узлы учета воды у абонентов со средствами вывода информации, и сетей водоотведения, в состав которых включены узлы учета расхода сточных вод, установленные на выходе из каждой зоны водоотведения и дополнительно снабжены средствами вывода информации, и датчики количества атмосферных осадков с возможностью определения интенсивностей дождей, при этом система дополнительно снабжена:
блоком определения фактической производительности, по меньшей мере, одной локальной системы поверхностного стока мегаполиса,
блоком определения водопотребления в зонах, к входу которого подключены выходы средств вывода информации узлов учета воды у абонентов,
блоком определения водоотведения в зонах, к входу которого подключены выходы средств вывода информации узлов учета расхода сточных вод,
блоком оценки объема атмосферных осадков в зонах, к входу которого подключены выходы датчиков количества атмосферных осадков,
блоком оценки водоотведения в зонах от индивидуальных источников водоснабжения,
по меньшей мере, одним датчиком уровня воды в водоеме мегаполиса,
k
блоком формирования зональных баз данных, содержащих поля данных даты k, водопотребления  водоотведения  водоотведения от индивидуальных источников водоснабжения  уровней воды в водоеме мегаполиса H, объема атмосферных осадков, фактической производительности, по меньшей мере, одной локальной системы поверхностного стока, температуры наружного воздуха, к входу которого подключены выходы,
блока определения температуры наружного воздуха,
блока определения фактической производительности, по меньшей мере, одной локальной системы поверхностного стока,
блока определения водопотребления в зонах,
блока определения водоотведения в зонах,
блока оценки объема атмосферных осадков в зонах,
блока оценки водоотведения в зонах от индивидуальных источников водоснабжения,
и, по меньшей мере, одного датчика уровня воды в водоеме мегаполиса,
блоком первичной выборки данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков, к входу которого подключен выход блока зональных баз данных,
блоком вторичной выборки данных из первичной выборки данных по условию положительной температуры наружного воздуха и равенства нулю фактической производительности, по меньшей мере, одной локальной системы поверхностного стока, к входу которого подключен выход блока первичной выборки данных,
блоком третичной выборки данных из вторичной выборки данных по условию одновременного понижения (повышения) уровня воды в водоеме мегаполиса и понижения (повышения) водоотведения, к входу которого подключен выход блока формирования вторичной выборки данных,
k
1
k
n
1
k
n
блоком оценки баланса, выполненного с возможностью формирования из третичной выборки данных множества n пар значений  и соответствующих им аргументов H, а так же определения функции V=ƒ(H), притока воды из водоемов, которая в точках Н, …, H, …, H принимает значения, как можно более близкие к значениям V, … V, …, V или равные этим значениям.
Для указанной системы характерна узкая область применения и не высокая достоверность, так как:
1. Для ее реализации необходимо наличие системы поверхностного стока;
2. Выборка данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за сутки вычисляется в большинстве случаев неправильно, так как учитывает данные предыдущих суток, при которых объем атмосферных осадков может быть не равен нулю, а их объем может отводиться и на следующие сутки.
Задачей настоящего изобретения является расширение области применения и повышение достоверности известной системы.
Поставленная задача решена так, что в известной системе, содержащей:
множество сетей водоотведения, разделенные на m зон, m≥1, в состав которых включены узлы учета расхода сточных вод, установленные на выходах из каждой зоны, снабженные средствами вывода информации,
по меньшей мере один датчик количества атмосферных осадков с возможностью определения интенсивностей дождей,
блок определения водопотребления в зонах,
блок определения водоотведения в зонах, к входу которого подключены выходы средств вывода информации узлов учета расхода сточных вод,
блок оценки объема атмосферных осадков в зонах, к входу которого подключены выходы по меньшей мере одного датчика количества атмосферных осадков,
блок оценки водоотведения в зонах от индивидуальных источников водоснабжения,
блок формирования зональных баз данных, содержащих поля данных интервалов времени k, водопотребления  водоотведения  водоотведения от индивидуальных источников водоснабжения  объема атмосферных осадков  к входу которого подключены выходы:
блока определения водопотребления в зонах,
блока определения водоотведения в зонах,
блока оценки объема атмосферных осадков в зонах,
блока оценки водоотведения в зонах от индивидуальных источников водоснабжения,
блок первичной выборки данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за сутки, к входу которого подключен выход блока формирования зональных баз данных,
в соответствии с настоящим изобретением:
блок формирования зональных баз данных выполнен с возможностью формирования полей данных интервалов времени k продолжительностью Δt;
блок первичной выборки данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за сутки выполнен с возможностью осуществления выборки по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за предыдущие и текущие сутки;
Кроме того, система дополнительно снабжена:
- базой данных водопотребления  абонентов, выход которой присоединен к входу блока определения водопотребления в зонах;
- блоком формирования минимальных фактических значений объемов водоотведения в зонах  за каждый интервал времени Δt в течение сухих суток, h=1, 2, …, m,  k=1, 2, …, n,  - фактические значения объемов водоотведения на выходах из зон h в интервалы времени k продолжительностью Δt, к входу которого подключен выход блока первичной выборки данных;
- блоком гидравлического моделирования, выполненного с возможностью формирования расчетных значений объемов водоотведения в зонах за каждый расчетный интервал времени Δt в течение сухих суток;
- блоком определения степени отклонения объемов водоотведения в зонах, выполненного с возможностью формирования коэффициентов отклонения, которые определяются путем деления минимальных фактических значений объемов водоотведения в зонах  на расчетных значений объемов водоотведения в зонах на каждом интервале продолжительности Δt, к входу которого подключены выход блока формирования минимальных фактических значений объемов водоотведения и выход блока гидравлического моделирования;
- блоком выявления балластных притоков сточных вод в зонах, выполненный с возможностью предварительного выявления перспективных абонентов в зоне, где коэффициенты отклонения будут наибольшими по сравнению с другими зонами, к входу которого подключен выход блока определения степени отклонения объемов водоотведения в зонах;
Отличительными признаками заявляемой «Системы выявления балластных притоков сточных вод» являются:
1. Выполнение блока формирования зональных баз данных с возможностью формирования полей данных интервалов времени к продолжительностью Δt;
2. Выполнение блока первичной выборки данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за сутки с возможностью осуществления выборки по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за предыдущие и текущие сутки;
3. Дополнительное снабжение системы базой данных водопотребления  абонентов, выход которой присоединен к входу блока определения водопотребления в зонах, присоединенной к входу блока определения водопотребления в зонах;
4. Дополнительное снабжение системы блоком формирования минимальных фактических значений объемов водоотведения в зонах  за каждый интервал времени Δt в течение сухих суток, h=1, 2, …, m,  k=1, 2, …, n,  - фактические значения объемов водоотведения на выходах из зон h в интервалы времени k продолжительностью Δt, подключенной к выходу блока 15 первичной выборки данных;
5. Дополнительное снабжение системы блоком гидравлического моделирования;
6. Выполнение блока гидравлического моделирования с возможностью формирования расчетных значений объемов водоотведения в зонах за каждый расчетный интервал времени Δt в течение сухих суток;
7. Дополнительное снабжение системы блоком определения степени отклонения объемов водоотведения в зонах, к входу которого подключены выход блока формирования минимальных фактических значений объемов водоотведения и выход блока гидравлического моделирования;
8. Выполнен блок определения степени отклонения объемов водоотведения в зонах с возможностью формирования коэффициентов отклонения;
9. Дополнительное снабжение системы блоком выявления балластных притоков сточных вод в зонах, к входу которого подключен выход блока 19 определения степени отклонения объемов водоотведения в зонах;
10. Выполнен блок выявления балластных притоков сточных вод в зонах с возможностью предварительного выявления перспективных абонентов в зоне.
По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки №1, 2 в технической литературе известны, а остальные - нет, что отвечает условию патентоспособности «новизна».
Совместное применение в заявляемой системе указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, заключающийся в том, что расширяется область применения и повышается достоверность системы, так как:
1. Благодаря наличию отличительных признаков №1-3 формируются зональные базы данных значений расходов сточных вод на каждом интервале k и выполняется выборка данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за предыдущие и текущие сутки. Поэтому в выборку не могут попасть сутки накануне которых шли дожди;
2. Благодаря наличию отличительных признаков №4-10 исключается возможность того, что выявление балластных притоков сточных вод может быть не зарегистрировано.
Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно.
На фиг. 1 представлена схема системы выявления балластных притоков сточных вод, на фиг. 2 - первичная выборка данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за предыдущие и текущие сутки зоны 4, на фиг. 3-первичная выборка данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за предыдущие и текущие сутки зоны 5, на фиг. 4 - результаты формирования минимальных фактических значений объемов водоотведения  в зоне 4, на фиг. 5 - результаты формирования минимальных фактических значений объемов водоотведения  в зоне 5, на фиг. 6 представлено гидравлическое моделирование зоны 4, на фиг. 7 представлено гидравлическое моделирование зоны 5, на фиг. 8 - полученные коэффициенты отклонения зон 4, 5, на фиг. 9 - результаты измерений объемов водоотведения на котельной 3 до выявления балластных притоков и после.
Система содержит (см. фиг. 1):
- множество сетей водоотведения 1, например, от абонентов 2, одним из абонентов является котельная 3, разделенные на зоны 4, 5, в состав которых включены узлы 6, 7 учета расхода сточных вод, установленные на выходах 8, 9 из каждой зоны, снабженные средствами 10, 11 вывода информации;
- по меньшей мере один датчик 12 количества атмосферных осадков с возможностью определения интенсивностей дождей;
- блок 13 определения водопотребления в зонах 4, 5;
- блок 14 определения водоотведения в зонах 4, 5 к входу которого подключены выходы средств 8, 9 вывода информации узлов 6, 7 учета расхода сточных вод;
- блок 75 оценки объема атмосферных осадков в зонах 4, 5, к входу которого подключены выходы по меньшей мере одного датчика 12 количества атмосферных осадков;
- блок 16 оценки водоотведения в зонах 4, 5 от индивидуальных источников водоснабжения;
- блок 17 формирования зональных баз данных, содержащих поля данных интервалов времени k, водопотребления  водоотведения  водоотведения от индивидуальных источников водоснабжения  объема атмосферных осадков  выполненный с возможностью формирования полей данных интервалов времени к продолжительностью Δt,  часа, n - количество интервалов за сутки, i=1, 2, …, n, к входу которого подключены выходы:
блока 13 определения водопотребления в зонах 4, 5;
блока 14 определения водоотведения в зонах 4, 5;
блока 15 оценки объема атмосферных осадков в зонах 4, 5;
блока 16 оценки водоотведения в зонах от индивидуальных источников водоснабжения;
- блок 18 первичной выборки данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за сутки, выполненный с возможностью осуществления выборки по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за предыдущие и текущие сутки, к входу которого подключен выход блока 17 формирования зональных баз данных;
- базу данных 19 водопотребления  абонентов, выход которой присоединен к входу блока 13 определения водопотребления в зонах 4,5;
- блок 20 формирования минимальных фактических значений объемов водоотведения в зонах 4, 5  за каждый интервал времени Δt в течение сухих суток,  k=1, 2, …, n,  - фактические значения объемов водоотведения на выходах из зон 4, 5 в интервалы времени k продолжительностью Δt, к входу которого подключен выход блока 18 первичной выборки данных;
- блок 21 гидравлического моделирования, выполненного с возможностью формирования расчетных значений объемов водоотведения в зонах 4, 5 за каждый расчетный интервал времени Δt в течение сухих суток;
- блок 22 определения степени отклонения объемов водоотведения в зонах 4, 5, выполненного с возможностью формирования коэффициентов отклонения, которые определяются путем деления минимальных фактических значений объемов водоотведения в зонах  на расчетные значения объемов водоотведения в зонах 4, 5 на каждом интервале продолжительности Δt, к входу которого подключены выход блока 20 формирования минимальных фактических значений объемов водоотведения и выход блока 21 гидравлического моделирования;
- блок 23 выявления балластных притоков сточных вод в зонах 4, 5, выполненный с возможностью предварительного выявления перспективных абонентов в зоне, где коэффициенты отклонения будут наибольшими по сравнению с другими зонами, к входу которого подключен выход блока 22 определения степени отклонения объемов водоотведения в зонах 4, 5.
Система работает следующим образом.
1. Предварительно разбивают множество сетей водоотведения 1, отводящих сточные воды от абонентов 2, одним из абонентов является котельная 3, на зоны 4, 5, в состав которых включены узлы 6, 7 учета расхода сточных вод, установленные на выходах 8, 9 из зоны 4, 5, снабженные средствами 10, 11 вывода информации;
2. В блоке 13 определения водопотребления в зонах определяются текущие  водопотребления на всех интервалах времени k, получаемое посредством выборки значений из базы данных 18 водопотребления  абонентов;
3. В блоке 14 определения водоотведения в зонах определяется текущее  водоотведение в зонах 4, 5, получаемое посредством обработки данных от средств вывода информации 10, 11 узлов 6, 7 учета расхода сточных вод;
4. В блоке 15 оценки объема атмосферных осадков в зонах оценивается объем  атмосферных осадков в зонах 4, 5 на всех интервалах времени k, получаемых посредством обработки данных от датчиков количества атмосферных осадков 12;
5. В блоке 16 оценки водоотведения в зонах от индивидуальных источников водоснабжения оценивается объем  водоотведения в зонах 4, 5 от индивидуальных источников водоснабжения;
6. В блоке 17 формирования зональных баз данных формируются зональные базы данных, содержащие поля данных интервалов времени k, водопотребления  водоотведения  водоотведения от индивидуальных источников водоснабжения  объемов атмосферных осадков  Этот блок в соответствии с настоящим изобретением выполнен с возможностью формирования полей данных интервалов времени k продолжительностью Δt,  часа, n - количество интервалов за сутки, i=1, 2, …, n, посредством обобщения информации, поступающей от выходов блока 13 определения водопотребления в зонах 4, 5, блока 14 определения водоотведения в зонах 4, 5, блока 15 оценки объема атмосферных осадков в зонах 4, 5, блока 16 оценки водоотведения в зонах от индивидуальных источников водоснабжения;
7. В блоке 18 первичной выборки данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за сутки производится первичная выборка данных из зональных баз данных по условию равенства нулю объема атмосферных осадков за предыдущие и текущие сутки. Таким образом, из зональных баз данных удаляются суточные записи с мокрой погодой. В качестве примера результаты выборки данных для зоны 4 в течение трех сухих суток представлены на фиг. 2 позициями 24, 25, 26, для зоны 5 результаты представлены на фиг. 3 позициями 27, 28, 29;
8. В блоке 20 формирования минимальных фактических значений объемов водоотведения в зонах  за каждый интервал времени Δt в течение сухих суток формируются минимальные фактические значений объемов водоотведения в зонах 4, 5  за каждый интервал времени Δt в течение сухих суток,  - фактические значения объемов водоотведения на выходах из зон 4, 5 в интервалы времени k продолжительностью Δt, в качестве примера результаты полученных данных для зоны 4 представлены на фиг. 4 позицией 30, для зоны 5 результаты представлены на фиг. 5 позицией 31;
9. В блоке 21 гидравлического моделирования производится гидравлическое моделирования зоны 4. Его результаты представлены на фиг. 6 позицией 32 в виде объемов водоотведения за каждый интервал Δt. Для зоны 5 аналогичные результаты представлены на фиг. 7 позицией 33;
10. В блоке 22 определения степени отклонения объемов водоотведения в зонах определяются степени отклонения объемов водоотведения в зонах 4, 5 за счет формирования коэффициентов отклонения, которые определяются путем деления минимальных фактических значений объемов водоотведения в зонах 4, 5  на расчетные значения объемов водоотведения в зонах 4, 5 на каждом интервале продолжительностью Δt;
11. В блоке 23 выявления балластных притоков сточных вод в зонах выявляют балластные притоки сточных вод в зонах 4, 5. Для этого сравнивают коэффициенты отклонения зон 4, 5. Определяют наибольшие коэффициенты в зоне. Например, результаты сравнения коэффициентов отклонения зон 4 и 5 показали, что в зоне 5 предположительно существуют балластные притоки сточных вод. После этого выполняют поиск перспективных абонентов в зоне 5. В данном примере это - котельная 3. Результаты значений коэффициентов отклонения зон 4, 5 обозначенные позициями 34, 35, приведены на фиг. 8. Результаты значений объемов сточных вод до выявления балластных притоков на котельной 3 обозначены позицией 36 и результаты значений объемов сточных вод после выявления балластных притоков на котельной 3 обозначены позицией 37, представленные на фиг. 9.
Таким образом, предлагаемая система соответствует критерию «промышленная применимость».