CC BY
22
Также получила название такая деталь архитектурного декора Благовещенской церкви в Тюмени (1700-1708 гг., не сохр.) и Троицкого собора в Верхотурье (1703-1704), как «изразцовые сияния» [6] вокруг восьмиугольных окон (рис. 21). Данный элемент является «известным» видом декора, изразцами, использующимися в необычной, резко отличающейся от привычной форме.
Перечисленные «неизвестные» элементы архитектурного декора православных каменных храмов Сибири XVIII - начала ХХ вв. - не все существующие случаи, но их основная часть, выявленная при анализе 81 объекта региона. Это может говорить о том, что
«неизвестные» декоративные элементы - редкое явление даже для объектов такого, отличающегося своей удаленностью и определенным разрывом с существовавшей традицией региона, как Сибирь. Тем не менее, ценность каждого из таких элементов декора в силу их единичности должна быть намного выше, чем у их гораздо более распространенных «сородичей».
Источники иллюстраций: Рис. 1, 3, 7, 8, 11, 12, 15, 17, 18 - http://sobory.ru/ Рис. 2, 20 - http://www.cultinfo.ru/brumfield/siberia/ Рис. 4, 5, 6, 9,10, 13, 14, 16, 19 - Калинина И.В. Православные храмы Иркутской епархии XVIII - начала XX века. М.: Галарт, 2000. 496 с.
Библиографический список
6. Масиель С.Л.К. Каменные храмы Сибири XVIII века: эволюция форм и региональные особенности: автореф. ... канд. Архитектуры: 18.00.01 - РГБ.
7. Плужников В.И. Термины российского архитектурного наследия: словарь-глоссарий. М.: «Искусство», 1995. 160 с.
8. Популярная художественная энциклопедия: Архитектура. Живопись. Скульптура. Графика. Декоративное искусство. М.: «Сов. энциклопедия». 1986. Кн. 1. 447 с.
9. Янковская Ю.С. Архитектурный объект: образ и морфология: дис. ... док. Архитектуры: 18.00.01 - РГБ.
10. http://collection.edu.yar.ru/dlrstore/
1. Большой энциклопедический словарь. 2-е изд., пере-раб. и доп. М.: «Большая Российская энциклопедия»; СПб.: «Норинт», 2000. 1456 с.
2. Брамфилд У.К. Восточные мотивы в церковной архитектуре Сибири - http://www.cultinfo.ru/brumfield/siberia/
3. Евстратенко М.А. Информационное структурирование фасадов архитектурных объектов и их каталогизация: на примере южно-российской эклектики: дис. ... канд. архитектуры: 18.00.01 - РГБ.
4. Калинина И.В. Православные храмы Иркутской епархии XVIII - начала XX века. М.: Галарт, 2000. 496 с.
5. Каменные храмы Сибири XVIII века: эволюция форм и региональные особенности: дис. -http://bestdisser.com/see/dis_20011 .html
УДК 628.1
МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГОРОДСКИХ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ
Е.С.Мелехов1, Р.В.Чупин2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Цель настоящей работы заключается в разработке методики интенсификации работы системы водоотведения на основе моделирования режимов ее работы, сопоставления фактических и расчетных параметров и оптимизации реконструкции как системы в целом, так и отдельных ее элементов. Ил. 9. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: водоснабжение; водоотведение; сооружения; охрана водных ресурсов.
MODELING OF OPERATION MODES OF URBAN WATER REMOVAL SYSTEMS E.S. Melekhov, R.V. Chupin
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The aim of this work is to develop the procedure to intensify the operation of water removal system based on the simulation of its operation modes, comparing the actual and calculated parameters and the optimization of the system reconstruction as a whole and its individual elements. 9 figures. 3 sources.
Key words: water supply; water removal; constructions; protection of water resources.
Системы водоотведения в современных городах, населенных пунктах и промышленных предприятиях представляют сложные инженерные сооружения, состоящие из множества самотечных и напорных трубопроводов, перепадных колодцев, быстротоков, регу-
лирующих резервуаров и др. Проведенный анализ режимов функционирования этих систем показал, что многие участки перегружены и работают в режиме размывающих скоростей, другие недогружены и в них происходит накопление осадков. Что касается систем
1Мелехов Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, доцент, тел.: (3952)405267, e-mail: [email protected] Melekhov Evgeniy Sergeevich, Candidate of technical sciences, associate professor, tel.: (3952) 405267, e-mail: [email protected]
2Чупин Роман Викторович, аспирант, тел.: (3952)405267. Chupin Roman Viktorovich, postgraduate student, tel.: (3952) 405267.
поверхностного водосбора, то очень часто, в период дождей, трубопроводы и колодцы переполняются водой, приводя к подтоплению проезжей части, переходов, подвалов зданий и других инженерных сооружений. Причиной этого является несоответствие параметров системы тем нагрузкам, которые имеют место на данный момент времени. Такая ситуация сложилась вследствие увеличения или уменьшения темпов промышленного и жилищного строительства, изменения поверхностного водостока, увеличения интенсивности и продолжительности дождей и многих других факторов.
С позиции гидравлических режимов в сети наблюдаются как установившееся равномерное, так и установившееся неравномерное движение жидкости. При этом отдельные участки, которые призваны работать как самотечные, работают в режиме напорных, а напорные - в режиме безнапорных, регулирующие емкости либо опорожнены, либо заполнены полностью. Режимы насосных станций практически такие же, как режимы поступления стоков, что ведет к существенному перерасходу электроэнергии.
Очевидно, представляют большой интерес для практики эксплуатации и реконструкции возможности моделирования всего многообразия режимов и пропускной способности систем водоотведения в целом, а также увеличения мощности за счет внутренних ресурсов и минимальных реконструкций отдельных элементов.
Анализ имеющихся научных и программных разработок в области моделирования систем водоотве-дения (SWMM5, VISUAL VECTOR, SCWERAGE) показал, что задача оценки пропускной способности системы в целом и определения ее узких мест в полной мере не решена.
В связи с этим цель настоящей работы заключается в разработке методики интенсификации работы системы водоотведения на основе моделирования режимов ее работы, сопоставления фактических и расчетных параметров и оптимизации реконструкции как системы в целом, так и отдельных ее элементов. При этом одной из основных подзадач является компьютерное моделирование гидравлических режимов при изменяющихся во времени притоков сточных вод.
Как уже отмечалось, участки, предназначенные для самотечной работы при определенных нагрузках, могут оказаться в напорном режиме. Поэтому первоочередным этапом методики является определение расхода стоков при их транспортировании полным сечением. Величина этого расхода при установившемся равномерном движении стоков определяется по формуле Шези [1]:
Qn =w с-VR7,
где ш - площадь живого сечения, равная nd2/4; с -
коэффициент Шези, который определяется:
с = Ry/п; y = 2,5-VR - 0,13 - 0,75-VR-(( - 0,1);
R - гидравлический радиус, равный ш/х; х - смоченный периметр, для полного сечения R = d/4.
Таким образом,
О = 0,4 • ( При этом скорость движения стоков
2,5 .0,5
с.
Vn = 0,5 - d0'5 - i05 - с.
(1)
(2)
Очевидно, если расчетный (фактический) расход стоков Р/, на участке / будет больше (3„, то режим движения жидкости на этом участке будет напорным, в противном случае - безнапорным.
Рассмотрим случай Р/< („, то есть безнапорный режим движения стоков. Моделирование такого режима будет заключаться в определении значений глубин потока в начале и конце трубопровода. Из гидравлики известно, что при фиксированных значениях всегда будет наблюдаться равномерное установившееся движение стоков, за исключением участков, в конце которых устраиваются перепады и сбросы стоков. Если таковых сооружений нет, то достаточно определить нормальную глубину из формулы (1). Вместе с тем, в отношении ^ уравнение (1) будет транцидентным и потребует дополнительных операций по решению.
В [2] предлагаются более простые формулы, вполне приемлемые для практических расчетов, а именно:
(QilQn + 0,22) -= Ki, для 0,25 < hyd < 0;
^^Г = h , 0 < h°i/ <0,25; 2 - Qn J o' A
V =1,27-l/d.V V,для0< Yd <0,6;
(3)
(4)
V = V,, для 0,6<hyd < 1.
Если же в конце участка имеется перепад или сброс стоков в резервуар или водоем, то в конце участка будет наблюдаться кривая спада и установится критическая глубина Лкр, которая вычисляется по следующей формуле:
( иг-гг Л0,511
hm = 1,023 - d -
- Ql d5
(5)
где ц - ускорение свободного падения.
Для определения длины кривой спада (рис.1) предлагаются следующие формулы: При />0
-0
Sd
f h h ^ 2 — +1 2 — +1 h0 h0 arctg —--arctg
V3
V3
- ln
3'D
h2 V 1 - Г h J 3
D J v -0 J
к Y 1 - Г -2 ' 3
D J v -0 J
Рис. 1. Вычисление параметров кривой спада
, • Ь _ И2 К И0 ^^
~ Ъ Ъ ' '
К,+| \ 1 (1 - и
К \ к) И0
И+| Ч 12 (1 - И-
к \ к) v
При /=0
2,3
| -I ^ | + 4 К • Ъ I Ъ I I Ъ
(к 1
■ (6)
И-
•1п Ъ • (7)
Ъ
При /<0
И •Ь _ к_ - И.+И. 1п
Ъ _ Ъ Ъ 6Ъ •
Тзъ
кр Ъ
аг^ -
2 И- -1 И0
к I2
I 1 —1-
к ) к
2
к 1 И2
1 —
И0 ) К
к 1
2-^ +1
- - аг^ -
73
(8)
• 1п
3
0
Ъ )3 1 - к 1 к)
Ъ I3 1- К-1 (К0 )
В этих формулах принимается Л1=0,9Л0, то есть близкое к 110 значение, а глубина в конце получается Далее по формулам (6) - (8) вычисляется I. Если величина I окажется меньше /, - длины расчетного участка, то глубина в начале участка будет в конце - Г1кр. Если I > // , это соответствует тому, что кривая спада выйдет за пределы участка и глубина стоков в начале участка будет меньше Для ее определения также применяются формулы (6) - (8), но в качестве искомой величины будет Л1, а I = /¡.
Уравнения (6) - (8) относительно Л1 будут иметь транцидентный характер и решаться соответствующими методиками (методом дихотомии, золотого сечения и др.). В итоге будет определена начальная глубина, равная Л1 и Г1кр.
Наибольший интерес представляет случай, когда О, > Оп, то есть самотечный трубопровод работает
полным сечением и в напорном режиме. Потери напора для этого случая вычисляются по формуле
К _ Х
V2
-• I, _Х
0,08 • 02
• ^ _ ^ • е2
(9)
й•2я ' й5
где А - коэффициент сопротивления трения по длине, вычисляется по формуле Н.Ф. Федорова:
1
4Х
_-2 • 18
(10)
13,68 • К Ке
где йэ - эквивалентная абсолютная шероховатость, связанная с коэффициентом шероховатости п как
дэ _ (и/0,039)6; ^ - число Рейнольдса, равное V• К/у; у - кинематический коэффициент вязкости; 40
К _й; 4
V _-
пй2
аг - коэффициент, учитывающий
характер распределения шероховатости труб и структуры потока сточной жидкости.
Если в конце участка предусмотрен перепад или водослив, то, также как и в безнапорном режиме, на конце участка устанавливается критическая глубина. Нормальная глубина при этом будет соответствовать полному сечению, то есть ^!0=й. Следовательно, на расстоянии I будет наблюдаться самотечный режим. Величина I вычисляется по формулам (6) - (8). На участке /х = / - I будет наблюдаться напорный режим. На рис. 2 проиллюстрированы эти участки. Очевидно, возможны случаи, когда I > /, на участке будет наблюдаться безнапорный режим течения воды за счет увеличения скоростей и неравномерного движения стоков, хотя при этом О, > Оп.
УУУ1 ! 1УУУ\\\УУУ\\\УУУ\\\1-|\Ч
Рис.2. Случай напорного режима со сбросом в конце участка
Если же в конце участка отсутствует перепад или сброс, то напор будет равен
О2
Нк =-. .2 __2
М -W • 2g
(11)
где м =
лД+7
- коэффициент расхода трубы; £ - ко-
эффициент сопротивления трубы.
Следовательно, напор в начале участка можно определить как сумму напора в конце участка плюс потери напора на этом участке:
Нн = ( - ZH ) + 2 + Q2 [ 2 \ 2 + S,
2 КМ •а • 2g
(12)
где гк, 2н - отметки лотка в конце и отметка земли в начале расчетного участка соответственно;
= 0,08 I
тр = "
d 5
Рис.3. Случай напорного режима при истечении стоков под уровень
Рис. 4. Случай истечения стоков на поверхность
В случае истечения под уровень (рис. 3) с известным Нк, напор в начале участка можно вычислить по аналогии с (12):
Н„ = ( - z„)+d2 + SmpQ2 + Нк.
(13)
Если окажется, что напор в начальном колодце будет больше, чем отметка земли (гзн) (Нн + г„ > 13н), то часть стока будет выходить из колодца на поверхность земли. При этом расход стоков, который будет транспортироваться по трубопроводу, можно определить (рис. 4).
Принимаем напор в конце участка Н- Нк и организуем итеративный процесс:
-IhW-
2Л„ +-
(14)
h(i)
Q(i) = пи.; i = 1, V S
\ S тр
2, 3,
Вычисления повторяются до выполнения условия | QW-Q(M) |<£. При этом Qy4 =Q(i), а расход стоков, который будет вытекать на поверхность земли, равен Qe =Q-Qy4. Если задать характеристику рельефа местности, то можно рассчитать уровень подтопления территории и пути миграции стока по поверхности земли.
Все рассмотренные выше варианты транспортирования стоков относятся к участкам с прямым уклоном (i>0). Однако могут иметь место и участки с i<0. Появление этих участков может быть вызвано механическим воздействием на грунт, подтоплением или строительством. На таких участках устанавливаются неравномерное движение стоков либо напорный режим, переходящий в самотечный.
Рассмотрим варианты расчета таких участков.
В случае безнапорного движения Qi < Qn, когда обратный уклон незначительный, то есть i < 0, а h = \ /\ -l< d, устанавливается неравномерное безнапорное движение сточной жидкости с hKp в конце участка (рис. 5,а). Если при этом \/\ • l > d, то устанавливается режим напорный в начале участка с переходом в безнапорный в конце участка (рис. 5,б). Расчет таких участков производится по формулам (6) - (8).
В случае напорного режима (Q, > Qn), на участках с обратным уклоном также возможны режимы течения сточной жидкости под уровень и в атмосферу, с напором в конце участка Нк или hK. Возможно и истечение сточной жидкости на поверхность земли. Эти случаи рассчитываются по аналогии с прямым уклоном дна.
Для перекачки стоков из одного района в другой и при наличии сложного рельефа местности устраиваются насосные станции с напорными трубопроводами (рис. 6).
Моделирование работы таких участков и сооружений заключается в определении максимальной пропускной способности насосов и напорных трубопроводов.
Напор насосной станции, который необходим для пропуска расчетного расхода, можно вычислить как остаточный напор в конечном узле участка плюс потери напора в напорном трубопроводе:
1 " ' (15)
Н„„ = zm
d2
+ — + Q
2
м
^+Ч
С позиции надежности и маневренности предусматривается параллельная прокладка двух трубопроводов, которые работают под нагрузкой. В случае выхода из строя одного трубопровода, второй должен пропускать весь расчетный расход.
Следует отметить, что любая насосная станция имеет максимальную производительность, которая обусловлена вполне определенным составом оборудования и комбинацией работы насосов.
Если расчетный расход не превышает максимальную производительность насосной станции ( < (нс, то по формуле (14) определяется напор насосной стан-
1
/<0 е 1 *
а)
б)
Пр
/<0
ко
Рис.5. Иллюстрация к расчету потокораспределения в коллекторах с обратным уклоном
ции. При этом сама насосная станция моделируется следующей формулой:
ннс _ я - • е2.
(16)
Рассмотренные режимы течения стоков справедливы в отдельности для каждого участка и могут иметь место при определенных условиях, когда система водоотведения не загружена или недогружена.
Вместе с тем не трудно убедиться, что нижележащие по потоку участки влияют на гидравлику всех вышерасположенных коллекторов, колодцев и сооружений в них. Например, на рис. 7 показано, что напорный режим, который устанавливается на втором участке, может иметь место лишь в том случае, когда на первом участке также установится напорный режим, хотя отдельно первый участок мог бы пропустить расчетный расход в безнапорном режиме. Следовательно, напор в начале первого участка необходимо пересчитать с учетом напора в начальном колодце второго участка, то есть:
Нз = Н2+ П.
Напорный режим на каком-либо участке может привести к подпору всех вышерасположенных участков и даже к изливу стоков на поверхность земли. Например, в четвертом колодце (рис.8) происходит излив стоков на поверхность земли. Следовательно, на эту величину уменьшается расход, который будет транспортироваться по всем трем участкам. Величину этого расхода (АО) можно определить из следующего уравнения:
24 - я к _ (а -де)2 +
, _1 (17)
+57 (е- -де )2 + (03 -де )2,
где О1, О2, О3 - расходы, которые определены без учета излива стоков в начальном колодце третьего участка; г4 - отметка земли у четвертого колодца.
В уравнении (17) неизвестными величинами являются Н1 и АО. Эти величины определяются с использованием такой же схемы, как и в (14).
Рис. 6. Насосная станция с напорным трубопроводом
Ф
л^чч^/ччч 1 1 1 1 ///ЧЧЧ///ЧЧЧ © Л^ЧЧЧ
~ZZZZZZZZZZZ7Z?
Рис. 7. Влияние гидравлического режима нижерасположенных коллекторов по потоку на вышерасположенные участки сети
/
Л
/
п
2
/У^ЧЧ
?/М Hi(K)
ф V//À
Рис. 8. Влияние нижерасположенных по движению стоков коллекторов на режим течения вышерасположенных участков системы водоотведения
В начале принимается И(*) - И^), затем из формулы (17) определяется значение АР/ и снова вычисляется И1(К+1 по формуле (11), затем определяется АР/+1 и так далее, до выполнения условия
|да -да+1| <#.
В итоге будет определена величина стоков АР, на которую уменьшатся расходы на всех нижерасположенных по потоку коллекторах. С другой стороны, АР будет соответствовать величине жидкости, которая будет поступать на поверхность земли в начальном колодце третьего участка. Применяя последовательно данный подход, начиная от узла сброса в приемный
резервуар КОС и заканчивая каждым районом или домом, от которых сточная вода поступает в систему водоотведения, можно определить пропускную способность системы в целом, а также колодцев, из которых стоки будут изливаться на поверхность земли.
Для сложной системы водоотведения, когда имеются узлы - колодцы с несколькими притоками сточной жидкости, процедура определения пропускной способности будет иметь некоторые отличия от изложенной выше.
В качестве иллюстрации рассмотрим систему водоотведения, состоящую из десяти узлов - колодцев и девяти участков - коллекторов (рис. 9,а). Профиль основной магистрали представлен на рис. 9,б.
СнЧ4>
Рис. 9. Определение пропускной способности системы водоотведения населенного пункта
Пусть, после расчета и анализа каждого в отдельности участка, определили, что они работают в безнапорном режиме, за исключением участков 8-9 и 6-9, которые имеют напорный режим.
Если на этих участках происходит переполнение стоков, то их пропускная способность уменьшается на величину AQ6_g aQ7-9. Следовательно, на участке 9-10 расход также уменьшится на величину
AQ6_9+ AQ8_9 = AQ9.10. (18)
Эти величины можно определить из следующих уравнений:
-HUi = STP -( -AQ6-, )2 + -(Q9-10 - AQ9-10 )2.
Z8 - H10 = S8-9 - (Q8-9 - AQ8-9 ) + S9-10 - (Q9-10 - AQ9-10 ) .
С учетом (18) второе уравнение примет вид Z -HM = ST9 -(Q8-9 -AQ8-9)2 + S9-10 -(( -AQ6-9 -AQ8-9)2.
Таким образом, получается два уравнения с двумя неизвестными AQ6_g AQ8-9. Уравнение квадратичное и решается методом Ньютона [3]. Определив искомые величины расходов по всем трем участкам, корректируем потери напора и напор в узле 9. Обобщим полученные уравнения на всю систему водоотве-дения в целом. Пусть переполнение происходит на всех участках сети водоотведения. С целью определения пропускной способности системы водоотведе-ния в целом запишем следующие уравнения:
Библиографический список
1. Ботук Б.О., Федоров Н.Ф. Канализационные сети: учеб. 3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М: Нау-пособие. М.: Стройиздат, 1976. 272 с. ка.831с.
2. Алексеев М.И., Кармазинов Ф.В., Курганов А.М. Гидравлический расчет сетей водоотведения. СПб., 1997. Ч. I. 127 с.
УДК 628.16.03
ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКТИВАЦИИ ВОДЫ Л.Д.Терехов, А.Н.Бирзуль
Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.
Рассмотрены имеющиеся подходы к преодолению терминологической неопределенности понятия «активация воды», проведен их критический анализ и высказаны собственные предложения по установлению значения данного термина. Библиогр. 11 назв.
Ключевые слова: активация; структура; вода; водоподготовка; термины.
BASIC APPROACHES TO DETERMIN WATER ACTIVATION L.D. Terehov, A.N. Birzul
Far East State University of Railway Engineering, 47 Seryshev St., Khabarovsk, 680021.
The authors examined current approaches to overcome the terminological vagueness of the concept «activation of water». They carried out their critical analysis and made some proposals to determine the meaning of the term. 11 sources.
Key words: activation; structure; water; water preparation; terms.
Терехов Лев Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой гидравлики и водоснабжения, тел.: (4212) 407507, e-mail: [email protected]
Terehov Lev Dmitrievich, Doctor of technical sciences, professor, head of the chair of Hydraulics and Water Supply, tel.: (4212) 407507, e-mail: [email protected]
2Бирзуль Алексей Николаевич, аспирант, тел.: (4212) 407507, e-mail: [email protected]
Birzul Alexey Nikolaevich, postgraduate student, tel.: (4212) 407507, e-mail: [email protected]
^ - Я - 3-4 .(0.4 - дай )2 + ^ .(64-5 -ДО1-4 )2 +
+5-6 -ДО-5 -ДО-4)2 + 3-9 .(0-9 - ДО2-5 -ДЙ-4 - ДОз-6)2 +
+5-«, -(69-10 -ДО2-5 -ДЗ-4 -ДО-6-Д37-8 )2;
- Ию - 575 •(( -ДО2-5 )2 + 3-6 -((-6 -ДО2-5 -ДО1-4 )2 +
+3т9 • (9 - ДО2-5 - ДО-4 - ДОз-6 )2 +
+59-10 • (69-10 - ДО2-5 - Д21-4 - ДОз-6 - ДО7-8 )2;
23 - И,0 - зт-р • (( -ДОз-6 )2 +5тР9 •(66-9 -Д62-5 -ДЙ-4 -ДОз-6 )2 + +59тр10 • (69-10 - Д62-5 - Д61-4 - ДОз-6 - Д67-8 )2;
г? - И10 - ^ • (67-8 - Д67-8 )2 + 5-9 • (68-9 - Д67-8 )2 +
+$7-^ • (69-10 - Д62-5 - Д61-4 - Д6з-6 - Д67-8 )2 ■
Учитывая, что АQ4_5 = АР1.4;
Аp5-6= АР4-5 + АР2-5; АРб= АР3.6+ АР5.6; АРд_ю= АРб_д+ АР8.д; АР8.д = АР7.8. Имеем четыре уравнения с четырьмя неизвестными величинами АР1-4, АР2-5, АР3-6, АР7-8.
Не трудно определить величины расходов на всех коллекторах и вычислить подпор в колодцах 4; 5; 6; 8; 9; 10.
