Задайте нам вопрос
Ваше имя*
Ваш E-mail*
Сообщение*
CAPTCHA
Введите слово на картинке*
RUS 

Статьи и советы

3 Сентября 2010

Практика проведения гидравлических расчетов на примере правобережной части г.Новосибирск

Беляев Николай Николаевич
генеральный директор ЗАО «РВКН» г.Москва

Сукачева Ирина Николаевна
ведущий инженер ЗАО «РВКН» г.Москва

Данная статья является отражением многолетнего опыта, накопленного специалистами ЗАО «РВКН» (Росводоканалналадка) в области математического моделирования и гидравлических расчетов сетей водопровода, а также внедрения полученных результатов на предприятиях ВКХ. Авторы хотели бы показать актуальность данного вопроса с тем, чтобы водопроводно-канализационные хозяйства были заинтересованы в выполнении гидравлических расчетов сетей водоснабжения.

Целью данной статьи является желание донести до руководителей предприятий ВКХ необходимость проведения широкомасштабных технологических изысканий и гидравлических расчетов на ЭВМ сетей водоснабжения для дальнейшего использования полученных результатов при их реконструкции и развитии.

Конечно же, в рамках этой публикации, авторы не намерены приводить все теоретические аспекты математического моделирования водопроводных сетей. Они детально отражены в фундаментальных работах выдающихся ученых: Н.Н. Абрамова, Н.Н. Гениева, И.В. Кожинова, В.В. Колесова, Л.Ф. Мошнина, В.И. Павлова, Ф.А. Шевелева, И.С. Эгильского.

Основой расчетов водопроводных сетей является метод «поэтапной коррекции», а также оценка гидравлических сопротивлений и пропускной способности эксплуатируемых трубопроводов.

Однако, немного вдаваясь в историю, можно отметить следующее: гидравлические расчеты муниципальных водопроводных сетей ранее проводились лишь проектными и научно-исследовательскими организациями.

Первое техническое заключение по обследованию и наладке системы водоснабжения было подготовлено в январе 1963 года для Кузнецкого района г.Новокузнецк. Первый гидравлический расчет водосетей был выполнен вручную в июле 1964 года для одного из районов г.Новокузнек. И только в декабре 1972 года специалистами треста «РОСВОДОКАНАЛНАЛАДКА» был выполнен первый гидравлический расчет на электроаналоговой машине МАВР для города Бердск.

Возьмем на себя смелость сказать, что нигде так глубоко и полно не занимались анализом работы сетей, как в «РВКН» под руководством Вебера, Карзухина, Колесова. Всего же специалистами «РВКН» было выполнено более 1500 гидравлических расчетов систем ПРВ не только в европейской части России, но и на Дальнем Востоке, Урале, Казахстане. Приоритетом РВКН было еще и то, что здесь стали внедрять результаты расчетов в производство прямо «с листа».

Как известно, гидравлические расчеты многокольцевых водопроводных сетей требуют весьма трудоемкой вычислительной работы, особенно при непосредственной увязке работы всей сети. Имея устаревшее программное обеспечение, не говоря уже о расчетах вручную, выполнить гидравлический расчет представляется делом весьма трудоемким и малопродуктивным. Это, прежде всего, связано с тем, что внесение на любом этапе расчетов даже самых незначительных изменений в расчетную сеть приводит к перерасчету, что отнимает массу времени и сил.

ЗАО «РВКН» уже порядка 10 лет использует в своей практической деятельности сертифицированный отечественный программно-расчетный комплекс для системы водоснабжения ZuluHydro. Данный программный продукт создан Ленинградской компанией «Политерм», которая с 1990 года занимается разработкой программного обеспечения в области геоинформационных технологий и компьютерного моделирования инженерных коммуникаций.

В 2009 году с использованием программы ZuluHydro был выполнен гидравлический расчет водопровода правобережной части города Новосибирск. Цель расчета: оценить эффективность работы системы водопровода в настоящее время, оптимизировать ее работу, а также просчитать как справится система водоснабжения правобережной части города с увеличением водопотребления в перспективе. При выполнении этой работы перед специалистами ЗАО «РВКН» стояли следующие задачи:

  1. Сбор исходных данных – режимных и технических характеристик работы системы водопровода;
  2. Построение математической модели работы водосети на базе технологических изысканий и обобщенных исходных материалов;
  3. Анализ полученной модели:
    • определение пропускной способности системы водопровода в целом и отдельных ее участков;
    • определение границ условных зон;
    • определение принципиального потокораспределения в системе водопровода;
  4. Разработка мероприятий по оптимизации работы системы водопровода;
  5. Расчет работы водопровода правобережной части города в перспективе.

Работа выполнена по «Методике оценки пропускной способности действующих водопроводных сетей и разработки мероприятий по интенсификации их работы с применением ЭВМ», АКХ им. К.Д. Памфилова.

Следует отметить, что в «Горводоканале» г.Новосибирска схема водопроводной сети правобережной части города в электронном виде уже имелась. Специалистами ЗАО «РВКН» эта схема была импортирована в программу ZuluHydro с некоторой долей доработки и корректировки.

Для оценки обеспеченности водой районов правобережной части города и получения исходных данных, необходимых для проведения гидравлического расчета, была выполнена манометрическая съёмка свободных напоров по 65 предварительно выбранным точкам.

После обработки, систематизации и обобщения всех исходных данных в соответствии с методикой была построена математическая модель системы ПРВ правобережной части г.Новосибирск. На основе модели, согласно требованиям нормативных документов, был выполнен расчет работы системы водопровода в часы с максимальным водопотреблением и в период пожаротушения. Этот расчет необходим для оценки работоспособности системы в условиях, отличных от нормальных, для выявления возможности использования в этих случаях запроектированного насосного оборудования, а также для разработки мероприятий, исключающих падение свободных напоров и снижение подачи воды ниже предельных значений.

На следующем этапе была проведена серия расчетов по оптимизации работы водосети. Для Новосибирска основное направление оптимизации – снижение давления на станциях, подающих воду в сети города, с максимальным использованием возможностей сооружений и сетей, пропускной способности труб. На данном этапе расчета была рассмотрена возможность выключения из работы одной из насосных станций.

В связи со строительством в правобережной части города ряда новых микрорайонов, был проведен расчет работы системы ПРВ с учетом увеличения водопотребления, который может стать основой для перспективного развития водопровода и разработки рациональной конструкции водосети в рамках генплана.

Итогом описанных выше расчетов является глубокий анализ и инженерная оценка работы системы ПРВ и разработка поэтапного плана развития водопровода.

Полученная математическая модель позволила установить фактический уровень загруженности труб на всех участках водосети. В частности, выявить «узкие» места в системе ПРВ правобережной части города – трубопроводы с аномально высокими потерями напора и места регулировки потоков воды по водоводам, т.е. пропускная способность трубопроводов на таких участках искусственно ограничена.

Проанализированы вероятные причины наличия «узких» мест:

  • неполностью открытые или закрытые (например, после проведения ремонтных работ или заклиненные из-за повреждения) задвижки;
  • зарастание труб химико-бактериологическими отложениями;
  • несоответствующие действительности диаметры трубопроводов;
  • скрытые утечки воды;
  • неудовлетворительное состояние внутриквартальных и внутридомовых сетей.

В конечном итоге потери напора на отдельных участках водосети ведут к необходимости повышения давления на насосных станциях, что, в свою очередь, ведет к перерасходу электроэнергии, а соответственно и денежных средств.

Помимо этого, были выявлены трубопроводы с очень низкими скоростями движения воды. Давно известно, что замедленное движение воды и застойные явления способствуют седиментации микрофлоры и гидробионтов на внутренней поверхности трубопроводов.

Расчет работы системы ПРВ в режиме тушения пожара показал, что пропускной способности существующих трубопроводов достаточно, чтобы «справиться» с транспортировкой пожарных расходов воды к местам возгорания. При этом увеличение давления на насосных станциях находится в пределах 10 м.в.ст.

В рамках оптимизации работы водосети, помимо снижения давления на станциях, специалистами ЗАО «РВКН» было предложено частичное зонирование водопроводной сети. Полное зонирование системы ПРВ правобережной части г.Новосибирск невозможно из-за сложного рельефа местности – перепад отметок достигает 120 м.

Реализация предлагаемых мероприятий позволит выключить из работы одну из насосных станций, а на остальных – снизить давление на 7-27 м.в.ст. В этом случае, по укрупненным оценкам, экономия электроэнергии составит 20 млн. кВт/год. В денежном эквиваленте – 25 млн. руб./год.

Согласно требованиям нормативных документов, для выявления степени надежности водоснабжения населения, в рамках этой серии расчетов предлагаемая конструкция сети была просчитана на работу в условиях, отличных от нормальных – в часы максимального водопотребления и на период тушения пожаров. Результаты гидравлического расчета показали, что рекомендуемая в оптимизационном варианте конструкция водосети является достаточно надежной и устойчивой к смене режимов.

В связи со строительством новых жилых микрорайонов в правобережной части Новосибирска, предполагается значительное увеличение водопотребления из системы водоснабжения – более 200 тыс. м3/сут. Соответственно, возникает необходимость оценить, как система ПРВ «справиться» с увеличением нагрузки в таком объеме. На основании этого расчета эксплуатирующая организация получает четкое представление о резервах пропускной способности существующих на сегодняшний день трубопроводов и о направлениях дальнейшего расширения, реконструкции и развития системы водопровода.

В результате технологических изысканий и проведения серии гидравлических расчетов, была разработана наиболее рациональная (при данном увеличении объема водопотребления в перспективе) схема развития водосети. С учетом обеспечения бесперебойного водоснабжения как строящихся, так и существующих микрорайонов, были подобраны оптимальные диаметры новых водоводов, оценено влияние увеличения водопотребления на установленное на сегодняшний день насосное оборудование.

Выполненный гидравлический расчет с учетом увеличения водопотребления в перспективе позволяет предотвратить нецелевое, неэффективное вложение денежных средств в реконструкцию и развитие водопроводной сети г.Новосибирск. А так же данный расчет может служить основой для выдачи технических условий на новое строительство.

В перспективе спрогнозировать четкий график водопотребления населением довольно сложно. Следовательно, исключать часы с максимальным водопотреблением из режима работы системы ПРВ нельзя. Поэтому предлагаемый на перспективу проект конструкции водосети был просчитан на режим работы в часы с максимальным водопотреблением. Помимо этого, был выполнен расчет и на режим пожаротушения.

По результатам расчета можно сделать вывод, что разработанная сотрудниками ЗАО «РВКН» схема перспективного развития водопровода г.Новосибирска хорошо справляется с пиковыми нагрузками при достаточно небольшом повышении давления на насосных станциях.

В комплексе с гидравлическими расчетами системы подачи и распределения воды правобережной части г.Новосибирск был проведен поверочный расчет достаточности емкости резервуаров чистой воды (РЧВ) и проанализировано качество подаваемой потребителю воды на предмет выявления коррозионно-агрессивных свойств.

По результатам проделанной работы был выдан ряд конкретных рекомендаций по повышению эффективность работы системы водопровода правобережной части города Новосибирска, которые на сегодняшний день успешно реализуются на практике.

Как показывает многолетняя практика нашей организации, с точки зрения эксплуатации, системы подачи и распределения воды (системы ПРВ) являются наиболее сложными сооружениями городских водопроводов. В условиях интенсивного жилищного строительства городов именно системы ПРВ в первую очередь не справляются с резко возрастающим водопотреблением. Современная реальность такова, что обеспечить бесперебойную работу водопровода становится у потребителей требованием не только экономическим, но иногда и политическим. Это, в свою очередь, требует от предприятий ВКХ применения новых средств технологической оценки состояния водопроводных сетей с целью их дальнейшего расширения и реконструкции. Развивать водопровод «вслепую» уже не только не современно, но и неэффективно!



Возврат к списку

Последнее обновление — 19.05.2015 18:09:53