Нормирование расчетных удельных значений потребления воды и сброса стоков Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 628.218

НОРМИРОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ УДЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПОТРЕБЛЕНИЯ

ВОДЫ И СБРОСА СТОКОВ

© Р.В. Чупин, И.В. Майзель, А.С. Душин, В.Р. Чупин

В настоящей работе предлагается методика формирования расчетных нагрузок по водоснабжению и водоотведению на основе имеющегося статистического материала по показаниям приборов учета потребления воды в зданиях и поступления стоков на канализационные очистные сооружения. Также в работе проведен сравнительный анализ фактических и проектных значений общих коэффициентов неравномерности потребления воды и сброса стоков в канализацию и их удельных показателей. Показано, что использование при проектировании систем водоснабжения и водоотведения нормативных значений расчетных нагрузок, указанных в СП 32.13330.2012, может привести к существенному удорожанию проекта и значительным эксплуатационным затратам. Предлагается в каждом конкретном случае для каждого населенного пункта пользоваться имеющейся статистикой по потреблению воды и сбросу стоков и получать фактические и прогнозные удельные нагрузки и коэффициенты неравномерности.

Ключевые слова: водопотребление и водоотведение; коэффициенты неравномерности; удельное водопотребление и сбросы стоков в канализацию.

CALCULATION RATING OF SPECIFIC VALUES OF WATER CONSUMPTION AND

EFFLUENT DISCHARGE

© R.V. Chupin, I.V. Maizel, A.S. Dushin, V.R. Chupin

In the current work we offer the methods of making rating burden water supply and water disposal on the basis of the existing statistics material according to the data of water consumption metering instruments in the buildings and the delivering channels to the sewage treatment facilities. We also performed a comparative analyses of real and project data of main indexes of unequal water consumption and sewage disposal and their calculation ratings. It is shown that the use of rating burden, mentioned in СП 32.13330.2012, during the process of design of water supply and water disposal systems, can result in significant cost increase of the project and significant operational expenses. It is suggested to use the existing statistics of water consumption and water disposal in every particular case for each residential area, and to get real and forecasting rating burden and indexes of inequality.

Key words: water consumption and water disposal; inequality index; rating water consumption and effluent discharge.

Водоотведение в многоквартирных домах городской застройки в основном формируется на основе потребления горячей и холодной воды. В свою очередь потребление воды носит вероятностный характер и должно рассматриваться и моделироваться в вероятностной форме. Однако существующая практика проектирования систем водоснабжения и водоотведения в основном базируется на детерминистическом нормативном подходе, когда нагрузки потребления воды и отведения стоков фиксируются в виде их средних, максимальных или минимальных значений. Согласно СП (32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85, П 5.1.1, П 5.1.7) при проектировании систем канализации населенных пунктов расчетное удельное среднесуточное (за год) нагрузки водоотведения бытовых сточных вод от жилых зданий следует принимать равным расчетному удельному среднесуточному (за год) водопо-

треблению без учета расхода воды на полив территорий и зеленых насаждений, а расчетные общие максимальные и минимальные расходы сточных вод с учетом суточной, часовой и внутри часовой неравномерности следует определять по результатам моделирования на ЭВМ систем водоотведения, учитывающих графики притока сточных вод от зданий, жилых массивов, промпредприятий, протяженность и конфигурацию сетей, наличие насосных станций и т. д., либо по данным фактического графика водоотведения при эксплуатации аналогичных объектов. Для того чтобы оценить указанные рекомендации в СП, проведем анализ потребления воды и сброса стоков в г. Иркутске с населением в 620 тыс. чел., определим их фактические характеристики и сравним с рекомендациями СП 32.13330.2012 [1,2]. В качестве исходных данных рассмотрим показания приборов учета потребления воды за период 10.10.2013-18.07.2015 года по группе жилых домов (район Рабочее, Радищево, Кировский район, 95 домов общей численностью населения 9688 человек), которые обслуживает ООО «Восточное управление жилищно-коммунальными системами» (информацию предоставил МУП «Водоканал» г. Иркутска). Гистограмма отбора воды вышеуказанной группы домов представлена на рис. 1.

Г4 !> оо о Г4 оо о Г4 Г4 Г4 Г4 Г4 Г4

153,0 о, 0, 5 о, 5 0

147,0 о, 4, 4 о, 5 о о

141,0 о, оо" 3 о, о о о о о о

135,0 о, 2, 3 о, 00~ 3 о о о о 0 - о - о о

129,0 о, 2 о, 3 о - - - 2 - - - - 0 о о о

3 0 2 ЧО г^ - т 1 - - - 0 - - -

7 4 0 о о 1 т г^ т ^ 2 ^ 2 т

111 00 0 0 - 2 г^ т г^ т 5 ЧО ЧО ЧО 4 т о

5 о 2 0 00 о о т 4 т 00 9 00 с^ - 0 ^ ^ -

9 2 о о 7 о ^ о т 00 ЧО 00 9 г^ 00 т о

т 0 9 ЧО с^ о о т ЧО 4 ^ т т с^ - о - о г^ ЧО 21 00 т 00 о

ОО 4 00 о о 0 - 3 3 ЧО о о т 4 00 г^ т г^ 9 2 00 г^ г^ г^

00 00 7 00 о - о 0 ЧО 0 3 т о 00 00 2 г^ 00 - с^ г^ ЧО 00 т о

2 7 00 ^ 3 ЧО 00 00 чо ^ г^ г^ 4 т г^ ЧО - 1 ^ г^ т

ЧО ЧО ЧО 0 о ЧО 2 - с^ о о о о о - т

т чо 0 ЧО ЧО ЧО 00 00 ЧО о о 0 о

^4 Г4 со 1/1 VO oo о Г4 со VO оо о Г4 Г4 Г4 со Г4 Г4

>п> О ЧО o, m 00 <N <N <N CK m о <N m CK о о о о (N

1П ОО >n> 00 <N m <N <N 00 <N <N m - О о о о о о

1П •t <N OO - чо 00 in - о о о о

ск т ЧО m <N <N in -

т т о m ЧО m О о о о

LZ <N о m о о

Рис. 1. Гистограмма отбора воды по группе домов с населением 9688 чел.

Для математического ожидания графика потребления воды коэффициенты общей неравномерности составляют: максимальный - 1,907; минимальный - 0,337. Удельное во-допотребление холодной воды на 1 человека в сутки при этом будет составлять Qq, = 198,76 л/сут. Средний отбор воды группой домов 80,249 м3/час, наибольшее значение математического ожидания отбора воды группой домов составит: Q,^™^ = 94,554 м3/час. Соотношение Qмaт.мaкс/ Qср = 94,559/80,249 = 1,18. Математическое ожидание по каждому часу t:

Mt(x) = I Xitpit.

Дисперсия по каждому часу t, как мера разброса случайных величин:

Dt (x) = I (Xi-Mt(x))2pit Среднеквадратичное отклонение случайной величины по каждому часу t:

6t(x) = (Dt(x))0'5'

Результаты вычисления этих характеристик представлены в табл. 1.

Таблица 1

Математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение

ч го ■t 1Л VO 00 о ^4 CO ■t 1Л VO 00 о fS ^4 fS fO fS ■t

М (N СП 00 r^ 00 CD CD cn 00 VO VO CD

00 VO VO I/O 00 VO 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 CD CK m & CK m & CD CK 00 00 00 m 00

D 00 m 00 m о VO m 00 m m о (N m (N (N (N (N (N m о (N 00 00 00 (N CK о 00 (N (N о

о 00~ VO, 00~ 00 00~ 00 00 00~ cn (N c^ К cn

Ниже на рис. 2 показан график удельного водопотребления на 1 чел. в рабочие дни за период 10.10.2013-18.07.2015 года (общие по жилым домам, в том числе с арендаторами и собственниками нежилых помещений).

Рис. 2. График изменения удельного водопотребления в рабочие дни, л/ сут. на 1 чел.

При этом средняя величина удельного водопотребления составляет 195 л/сут. на 1 чел. Общее водопотребление группой жилых домов представлено на рис. 3.

Рис. 3. График изменения суточного водопотребления в рабочие дни, м3

На рис. 4 и 5 представлены графики удельного и общего водопотребления в выходные дни.

300 250 200 150 100 50

Л Л Л „^ „V «V -й< ,> А Л А А А А Л

Л с\У сУ Л Л Л А А <ч\ <ч\ ¿V Л Л Л Л7 Л <Л< СУ

А? V V V яг Лч „V V «V V V V V Л4

У ^ Ф сГ <Г & 0Л <Г Ф ^ У У & & & & & &

%У «¿V ^У ^У ^У ^У «^У

Рис. 4. График изменения удельного водопотребления в выходные дни

3000

1000 500

о

^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 'Ч? ^ ^

^ г>%" ^ > ^ с?" ^ <>* ^ & & &

Рис. 5. График изменения суточного водопотребления группой жилых домов в

выходные дни

Рассматривая в качестве основного потребителя население, из общей группы домов выделены дома без арендаторов и собственников нежилых помещений. В таких домах из общего списка проживает 4266 человек.

На рис. 6 и 7 представлены графики удельного водопотребления в рабочие и выходные дни за период 10.10.2013-18.07.2015 года.

350

Рис. 6. График изменения удельного водопотребления в рабочие дни

300

Рис. 7. График изменения удельного водопотребления в выходные дни

Анализируя эти графики, можно сделать вывод, что наблюдаются колебания величин удельного водопотребления с октября 2013 - по апрель 2014 года, стабилизация удельного водопотребления наступает в период с мая 2014 по июнь 2015 года.

Таким образом, для оценки соответствия расчетных графиков фактическим принят именно этот период. Гистограмма фактического отбора воды группой жилых домов без арендаторов и собственников нежилых помещений численностью 4266 человек за период 01.05.2014-30.06.2015 года (рабочие дни) представлена на рис. 8.

^ч гч го во о ^ч ^ч ^ч гч ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

1/л - о о о о О о о О о - - о

сп - сп о - с^ с^ - о - - 00

00 сп ю сп сп сп сп сп сп сп т 00 ю т

сп сп сп ю сп - сп сп с^ сп т ю т т ю

с^ сп о сп сп сп о о сп о сп ю 1/л ю 00 00 т т г^

о сп 00 о о о 00 00 00 1/л т т

ю с^ ю с^ сп сп сп о сп сп сп 00 о т о

сп с^ сп о с^ о о

о с^ 00 о сп сп сп сп 1/л о о

1/л 00 00 сп о ю о

с^ 1/л сп сп 00 ю

о -

Рис. 8. Гистограмма отбора воды по группе домов с населением 4266 чел.

Значения математического ожидания, дисперсии и среднеквадратического отклонения по каждому часу I представлены в табл. 2.

Таблица 2

Математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение

ч ^ч гч го 1Л во о ^ч ^ч ^ч гч ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

М 00 СП 00 СП СП СП 00 00 с^ г^ 00

00 00 1/Л СП СП СП 00 00 00 00 с^ СП СП СП СП СП 1/Л СП 1/Л СП

D СП ^ 00 СП ^ о 00 00 СП 00 о 1/Л

п СП СП СП СП 00 о 00

СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП

Удельная величина потребления воды составляет:

24 т

Ч 1 Ч 1 гл факт факт ^ ^ " р

чфдт = ''' т-= 154 ,90 л /(сут ■ чел );

}=1

Кмакс = 1,7997, Кмин = 0,3818, Qср.час = 27,504 м3/час, Qмат.макс = 35,102 м3/час, Qмат.макс/ Qср=35,102/27,504 = 1,276.

Гистограмма расчетного отбора воды населением численностью 4266 человек, согласно разработанному теоретическому методу, изложенному в СП 32.13330.2012, с нормой водопотребления 154,90 л на человека в сутки в рабочие дни (рис. 9).

^ч гч го 1Л во о ^ч ^ч ^ч гч ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

сп 1/л о о о о о о о - - о

о сп 1/л с^ о о о о о о - - о о

сп Ю сп сп о о о о о 1/л 00 т г^ т т т

сп сп сп Ю сп о о сп сп ^Т о с^ 00 с^ сп сп 00 сп т т г^

сп о сп сп сп - о о с^ о сп о ю 1/л сп 00 сп сп

00 с^ о сп о сп сп Ю сп 00 сп сп сп сп о с^ 1/л ^ 00 ^Т г^

с^ сп сп 1/л о сп о 1/л о о ю сп ^Т 00 о с^ с^ о о о ^т

с^ с^ сп 1/л ю о сп сп сп с^ о о о сп с^ о о о о о о о о

00 Ю о сп с^ о о о - о о о о о

ю 1/л 00 О сп 00 о о о о

сп с^ 1/л о о о о

о о о

Рис. 9. Гистограмма отбора воды по группе домов с населением 4266 чел.

в рабочие дни

Гистограмма для выходных дней представлена на рис.10.

^ч гч го 1Л во О ^ч ^ч ^ч гч ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

00 г^

т 00 т т т 00 с^

т т т о 00 ю 00 о 00

00 т ю т т т т т т 00 00 ю г^ о о 00

т т т Ю т г^ г^ 00 т т т т т т т 00

г^ т о т т т Ю т о ю о г^ 00 т т ю

о т т 00 т т т о 00 00 ю

ю г^ т 00

т г^ о о т

о с^ 00 т т 00 т

00 т 00 т

г^ т 00 о т

-

Рис. 10. Гистограмма отбора воды по группе домов с населением 4266 чел.

в выходные дни

Значения математического ожидания, дисперсии и среднеквадратического отклонения по каждому часу I представлены в табл. 3.

Таблица 3

Математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение

ч ^ч гч го 1Л во 01 ^ч ^ч гч ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ¿1 во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

М о 1/Н

00 00 т т т СП 1/Л СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП 1/Н СП СП

D 00 00 00 ^ СП с^ СП СП о

о о СП 00 1/Л ю

СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП

Удельная величина потребления воды:

24 т

Е\ 1 факт факт Т Qj,' Р ]Л

Ч = ''' jт- = 165 35 Л /( СУт ■ ' ЧеЛ .)

j=1

Кмакс = 1,5788, Кмин = 0,3565, Qср.час = 29,4532 м3/час, Qмат.макс = 37,451 м3/час, Qмат.макс/ Qср = 37,451/29,4532 = 1,2715.

На основании построенных гистограмм фактического отбора воды можно заметить, что значении дисперсии и среднеквадратического отклонения в дневные часы суток по отношению к ночным часам завышены. Дисперсия, среднеквадратическое отклонение могут менять свои значения в течение периода (суток) в зависимости от значений математического ожидания. Для полной оценки размеров удельного водопотребления и его изменений за аналогичный период составлен график суточного отбора воды населением города Иркутска в целом, из расчета на 620 тысяч человек. За период (01.01.2014-30.06.2015 года) на рис.11 представлена гистограмма фактического отбора воды по городу Иркутску, м3, а в табл. 4 ее параметры.

^ч Г4 оо о ^ч ^ч ^ч Г4 ^ч ^ч ^ч ^ч ^ч ^ч оо ^ч ^ч О Г4 ^ч Г4 Г4 Г4 Г4 Г4

10897 0 6 0 91 о

10308 3 01 0 0 ЧО 0 о о г^ т

9719 4 2 4 9 3 о 0 - - - о т ЧО о

9130 5 3 8 8 4 9 6 ЧО о 00 00 т 1 - 2 00 о т т с^

8541 6 4 2 8 5 т ОО 8 00 ^ 0 4 ЧО т т т ЧО 3 т 7 00 т т ЧО т

7952 5 6 7 ЧО ^ 8 о о ЧО 3 т о т чо т 00 т т 9 4 чо 8 5 с^ т

7363 8 6 0 7 7 ЧО 7 0 о ^ 2 с^ т 7 2 т 6 о ЧО ЧО

6774 9 7 4 6 8 ЧО о 7 о 9 - 7 т 3 т - -

6185 0 9 8 5 9 6 о т г^ 0 о - о - 0 - - г^ - о 1 2 г^ о о

5596 01 3 5 0 00 5 - чо 00 3 о т ЧО 00 т 0 о о 2 - 2 о о о о

5007 71 4 о 5 о т 41 т ЧО т о о - 0 - 1

4418 3 2 41 2 4 о - т 9 4 чо

3829 4 3 5 3 3 41 - т 6 ЧО о

Рис. 11. Гистограмма отбора воды по г. Иркутску с населением 620 000 чел.

Таблица 4

Математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение

ч ^ч гч го 1Л во о ^ч ^ч ^ч гч ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

00 ю 00 СП о о СП 00 СП СП

М 00 00 о ю ю 00 1/л 00 1/л 00 1/л 1/Л о о 1/Л ю с^ ю о 00 ^т СП 00 о 00 СП СП СП 00 1/Л о 00 1/Н с^ ю 00 00 00 ю 00 00 00 ю 00

D 00 00 СП СП 00 00 ю о 1/Л ю СП 00 о ю 1/Л о ю о СП СП 1/Н ^т 1/Л СП ю ю о 1/Л 1/Н 00 1/Л ю ю о ю о СП ю

ю ю 1/л 00 1/л 00 1/л с^ 00 ю ю ю СП 00 00 ю СП СП 00 СП 00 ю о СП СП о СП о 00 СП ю о ю о 1/Л

с^ о с^ СП ю 1/Л сч" о г^ с^ 00 1/Л ю 1/Н 00 00

о 00 СП СП о 00 СП 00 с^ 1/Л 00 1/Н 00 СП ю г^ СП г^ ю ю

Коэффициент неравномерности фактического водопотребления составляет максимальный - 1,51, минимальный - 0,53. Согласно СНиП 2.04.02.84 коэффициент неравномерности должен быть [3]:

Кчтх = 1,2 • (1 + 1/д/0,001 • и ) = 1,2 • (1 + 1/д/0,001 • 620000 ) = 1,248

Повышенную неравномерность фактического водопотребления по сравнению с расчетной можно объяснить сезонными колебаниями. Изменения общего отбора воды по каждому периоду, наложение часовых значений математических ожиданий по каждому периоду образуют значительные колебания от их общих среднеарифметических часовых значений математических ожиданий (рис. 12, 13, 14, 15).

Рис. 12. График суточного отбора воды городом Иркутском, м (рабочие дни)

Рис. 13. График удельного водопотребления по городу Иркутску, л/сут. на 1 чел.

(рабочие дни)

Рис. 14. График суточного отбора воды городом Иркутском, м (выходные дни)

Рис. 15. График удельного водопотребления по городу Иркутску, л/сут. на 1 чел.

(выходные дни)

В удельное водопотребление входят расходы на холодное и горячее водоснабжение и на нужды других предприятий. Из графика можно видеть, что значительных отличий в водопотреблении в рабочие и выходные дни не наблюдается. Увеличение размеров водо-потребления наблюдаются в зимний период. Очевидно, это связано с увеличением подпитки на котельных. Наложение вероятностного отбора в длительном периоде приводит к размытости показателей: дисперсии и среднеквадратического отклонения. Необходимо рассматривать водопотребление отдельно по каждому периоду, общий график отбора воды по городу Иркутску может быть получен путем вероятностного наложения отбора по каждому периоду (месяцу

Для построения гистограммы по каждому часу t по году:

е.

1

12

год,'

365

Твмес,' ■ ДНим

1

12

,24ЧИг,

мес=1

365 Л

¿.населен г,и, мес

мес=1

■Дним

Рассмотрим периоды относительно стабильных значений удельного водопотребления: - неравномерность водопотребления в зимне-весенний период, например, в период 01.12.2014-30.04.2015 года составит Кмакс = 1,3089, Кмин = 0,5956;

Qср.час = 7424,787 м3/час, Qмат.макс = 8726,500 м /час, Qмат.макс/ Qср= 8726,500 /7424,787 = 1,175;

Чи,сут,мес

г

- неравномерность водопотребления в летне-осенний период, например, в период

01.08.2014-30.09.2014 года составит Кмакс = 1,3952, Кмин = 0,5496;

Qср.час = 6965,81 м3/час, Qмат.макс = 8569,50 м3/час, Qмат.макс/ Qср = 8569,50/6965,81= 1,23.

С использованием преобразований Лапласа построена расчетная гистограмма отбора воды.

^ч гч го 1Л во о ^ч ^ч ^ч гч ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

11500 0 0 о 0 0 о с^ о - о о о - о о о о о о о о -

10500 0 0 о 0 0 0 о о - 00 1/л - - -

9500 0 0 о 9 0 0 о 0 00 - о о 1/л СП СП СП 5 с^ СП СП с^ СП СП

8500 0 0 о 8 0 0 о 9 СП о о о СП о СП о СП СП 1/л 1/л 1/л 1/л о 1/л 00 СП

7500 0 0 о 7 0 0 о 8 СП 00 00 1/л 1/л СП о СП 00 с^ СП СП 00 00 1/л ю о - о 1/л

6500 0 0 о 6 0 0 о 7 о о 00 00 СП 00 ю 00 ю 1/л о о о о - - с^ о о о о

5500 о 0 о 5 о 0 о ю о о - - ю 00 00 СП о о о о о о о о о о

4500 0 0 о 4 0 0 о 5 о 00 о - о о

Рис. 16. Расчетная гистограмма отбора воды по г. Иркутску в зимне-весенний

период

Таблица 5

Математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение

ч ^ч гч го 1Л во о ^ч ^ч ^ч гч ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

М 1/л 1/л 1/л 1/Л 1/Л 1/Л 1/Л 1/Н 1/Н 1/Л 1/Л 1/Н 1/Н 1/Л 1/Л 1/Н 1/Н

ю 7 8 о 61 7 СП ю 4 6 с^ 0 5 5 ю 5 СП 0 5 с^ 00 8 СП 0 5 00 о СП 6 о 9 9 6 1/Л 1/Н 4 7 СП 01 8 5 8 ^ 6 6 8 1/Л 6 8 СП СП 6 8 8 0 81 1/Л 0 8 1/Л 7 0 8 8 41 8 с^ о 5 8 6 8

D 0 4 0 ю 6 1/Л 8 71 6 0 СП 5 8 4 5 8 ю 4 6 СП 4 0 ^т 6 6 0 9 о 5 0 6 9 8 6 о 4 8 9 6 7 о 4 4 СП г^ 0 СП 0 5 4 8 5 СП 8 5 СП 0 4 8 8 7 ^т 7

ю 8 5 5 5 8 с^ о 4 6 с^ 6 6 с^ СП 4 5 6 5 4 71 00 8 6 4 8 4 5 5 г^ СП 4 5 4 9 5 4 ю 7 СП с^ 4 8 СП 9 5

о ю о с^ с^ с^ 00 0 гп 1/Н с^ 00 00 00 СП СП

1/л ю 7 СП СП 00 7 4 СП ю 5 СП 00 о 4 ю 5 СП 0 8 СП 0 СП 7 7 4 8 8 9 6 7 5 6 6 7 6 СП 61 5 6 00 61 7

^ч ГО ■t УП VO 00 o\ о ^ч ^ч ^ч ^ч ГО ^ч ■t ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о ^ч ГЧ fS fS ГО ■t

10500 0 0 о 0 0 0 0 о о О о о О - m -

9500 0 0 о 9 о 0 0 0 о о - о о (N т (N - о о о о 00 (N (N

8500 0 0 о 8 0 0 0 9 - - 00 т t> VO (N т (N т VO (N 00

7500 0 0 о 7 0 0 0 8 VO m - о О Q\ (N t> VO о т о т 00 VO t> VO 00 VO VO VO (N (N (N (N

6500 0 0 о 6 0 0 0 7 о\ m VO о о t> 00 m (N О о - о (N о (N VO т 00 т (N (N -

5500 о 0 о 5 о 0 0 6 VO (N m о Q\ о 00 (N 00 m (N (N о о - О О - о о О О О

4500 0 0 о 4 0 0 0 5 о О о о 00 VO (N (N - о о о

3500 0 0 о 3 0 0 0 4 (N m О О о

Рис. 17. Расчетная гистограмма отбора воды по г. Иркутску в летне-осенний период

Таблица 6

Математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение

ч ^ч CO ■t 1Л VO во О ^4 CO ■t 1Л VO во О fS ^4 fS fS fS CO fS ■t

М m (N 00 00 00 00

00 8 71 91 5 О о 9 4 0 5 4 00 3 4 00 CK 3 4 5 4 (N 6 9 5 о m 71 4 7 ^ 5 8 7 00 (N 0 8 01 8 c^ CK 9 7 ^ 7 8 7 m (N 6 7 (N 5 7 (N 5 7 t^ о 5 7 c^ 9 6 7 о 9 7 c^ VO (N 8 c^ 6 5 8 3 8

D 9 7 7 71 (N 5 (N 8 0 0 5 5 8 4 (N 6 9 71 9 8 4 t> 3 8 4 9 (N (N 5 6 3 4 9 6 4 6 0 5 CK 3 5 8 4 0 (N (N m 3 8 3 6 m 3 0 71 5 6 9 о

(N 4 (N О (N ON 5 5 6 6 9 7 9 9 3 (N 9 9 00 8 3 61 ON 71 m 5 (N 5 5 (N On 6 3 5 8 (N m 6 (N vo 4 (N 4 4 (N IT) 9 (N О 5 4 3 7 5 4 4

G 00 ГП Ю 00 (N

(N 9 4 vo 3 3 3 (N 00 5 (N 00 (N О 3 (N 3 6 CK 9 m (N 6 01 4 3 41 m о 5 0 5 00 о 6 ^ 3 5 5 CK 4 9 4 m 5 6 t^ 5 7 VO 6

Соотношение численности населения к количеству санитарно-технических приборов остается практически постоянным:

U

— = const , n

соответственно, изменение удельного водопотребления на человека в сутки ^фдЛън ведет за собой и изменение параметров работы и самих приборов.

Моделирование отбора воды по фактическим значениям удельного водопотребления, математического ожидания и дисперсии

Выше было показана закономерность параметров отбора воды от численности населения

M = f (U), G = f(JU),

где М - математическое ожидание; б - среднеквадратическое отклонение; U - численность потребителей.

В соответствии с этим на основе статистических данных о фактическом потреблении воды группой потребителей можно смоделировать отбор для любой численности потребителей. Предположим, что на основе статистических данных по часу t параметры отбора можно представить:

Mo = q Uo, °t,o =Vqt-uо,

где q t - параметр отбора одним потребителем по часу t.

Если считать параметр qt = const , тогда для искомой численности х

Mtx = qt-U, o-t,x =JqUx

Возникает соотношение:

M,

qtu

■u u

X _ X

M

t ,0

qt-u о u о

't,o

htUo 1

Ux

u

Таким образом, параметры отбора для численности населения их

и.

M,x = Mt,o U;

U о

1

Ux Un

Сравнение гистограмм фактических и расчетного отбора по населению (в рабочие и выходные дни) свидетельствует о возможности математического описания водопотребления, его моделирования для любого количества пользователей, причем использование подобного способа позволяет переносить свойства отбора фактически потребляемой группы на любое произвольное количество потребителей.

Определение коэффициентов неравномерности для моделей водопотребления

=

Qma:

О

(Mm

max0

Ux U

)+3

max0

U

UM

3

max0

max0

K:. =

средн

Qmin

O

¿--средф

Цх U

O

+-

Ux

U

) Mmaxo +3 ■(&,

max0

Uo U

)

(Mt

min0

■ U

U

) "ЭЧо-mi

min0

Uxx

U

средН

Mmin0

O

¿--средф

Ч<*тЬ

min0

Uxl Uo_

Uxx

U

+

Ос

средН

) Mmin0

min0

Uo U

Q

средн

U

Ос

U

О __X ^средн° О ■

г--средф j j *--средф j j

U0 U0

Q

среду/0

Смоделируем значения неравномерности водопотребления для любой численности населения их, основываясь на водопотреблении группы домов численностью и0 = 4266 человек (только население) за период 01.01.2014-30.06.2015 года (табл. 7).

t,x

at ,х = t ,0

)

)

Таблица 7

Математическое ожидание, дисперсия и среднеквадратичное отклонение

ч ^ч гч го 1Л во о ^ч ^ч ^ч гч ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

М СП 00~ с* 00~ 1/Л с^ К с^ с^ СП сп' СП сп с^ СП с^ СП 1/Л с^ СП с^ СП 1/Л с^ СП 1/Н с^ СП 00 с^ СП о СП СП о СП о СП СП СП СП 1/Л

D 00 СП о СП СП 1/Л о ю ю 1/Л ю ю ю о ю 00 1/Н СП 1/Л 1/Н ю

о 00 00 00 К сп 00~ о К 1/Н К к с^ К 00 К 00 к о, 00~ ю К СП о, СП 00 с^ с^ 00 с^ о

Среднее значение отбора составит 30,12 м3/час, а коэффициенты неравномерности будут соответствовать рис 18.

3,5

оооооооооооооооооооооооооооооооооо

Рис. 18. График неравномерности водопотребления при разной численности

населения

Сравнение со значениями неравномерности потребления согласно СНиП 2.04.02-84 Коэффициент часовой неравномерности водопотребления Кч согласно СНиП следует определять из выражений:

K ч . т а х K ч .т in

где а - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, принимаемый атах = 1,2-1,4; ат;п = 0,4-0,6; Р - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимаемый по табл. 9.

Принято в расчете: атах = 1,2; ат;п = 0,6.

а тах Р т а х ; а т т Р т 1п '

Как видно из табл. 7, фактические коэффициенты неравномерности значительно отличаются от предлагаемых в СНиП.

В г. Иркутске имеется два очистных канализационных сооружения (правобережное и левобережное). Имеется статистика по поступлению стоков на эти очистные сооружения. Основываясь на этой статистики, построены следующие гистограммы (рис. 19, табл. 10).

Таблица 9

Сравнение коэффициентов неравномерности

коэф- число жителей, тыс. чел.

фициент до 0,1 0,15 сч ® го 0, 1Л ® 0,75 ^ч 1Л ^ч 5, сч о ^ч 0 гч о 1Л 0 0 1 0 о го 1000 и более

Р макс о о о о 1/л о о о 1/Л о с^ о о о 00 о о о о СП о 1/Л о 1/Н о о о

СНиП СП СП с^ с^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

Р мин о о с^ о СП о 1/Н о о о о о о с^ 1/Л о о 1/Н о ю о г^ 1/Н 00 о о

СНиП о о о о о о о о о о о о о о о о ^

К макс о о 00 о о ю о о ^т о ю с^ о 00 00 ю 00 СП с^ СП ю о

СНиП 1/л СП СП с^ ^ ^ ^ ^ ^

К мин о о о с^ о СП о о ю о ю о ю о о СП СП о ю

СНиП о о о о о о о о о о о о о о о о о

К макс с^ о 00 1/Л 1/Н 00 СП 1/Н СП СП СП о

Метод с^ с^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

К мин о о о о о о о о о о о 1/Л СП о 00 1/Л 1/Л 00 1/Л о ю

Метод о о о о о о о о о о о о о о о о

гч го 1Л во о ^ч ^ч ^ч ГЧ ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о ГЧ 1 ГЧ ГЧ го

10325 0 00 9 0 3 00 0 ^ ^ 00

9315 0 00 8 0 00 9 ^ г^, г^, с^, о" 00 2 00

8305 0 о 00 7 0 00 8 00 о" с^ сч" сч" 00 о" 00 о" о" о"

7295 0 6 0 о 00 7 00 сч" с^, сч, г^, 00 00

6285 0 00 5 0 6 о сч" 00 сч" с^, 00 с^, 1/Л с^

5275 0 4 0 00 5 с^ сч, с^, с^ с^ с^, с^, 00 2 с^, 2

4265 0 ю 3 0 4 1/Л 2 9" 2 7" 3 3" 3 2 9" 3 2 3" 2 6" 5 5 с^ 2 2 3

3255 0 2 0 ю 3 сч, 7, 3" 2 2" 3 4 0" 4 0" 5 3" 5 9" 61 7 81 8 00 сч" 8 6" 6 г^, 3 с^ 71 о

^ч <4 го 1Л во о ^ч ^ч ^ч <4 ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о <4 ^ч <4 <4 го

2245 о о 2 К 3 о" 3, К 2, 2 ю К сч" сч" К ОО" о К о сч" 00 о" о" о" 00 00

1235 о СП о с* ОО" го, 5, оо" 00 г^ о" 00 о" 00 о" о" о" о"

Рис. 19. Гистограмма притока сточных вод на левобережные очистные сооружения

Таблица 10

Математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение на левобережные

очистные сооружения

ч ^ч <4 го 1Л ю во о ^ч ^ч ^ч <4 ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч

М о о ю 5 о о го ю г^ о ю с^ сч 3 о с^ с^ 3 ю 00 00 00 00 3 5 00 ю о 00

о о с^ о 3 00 5 СП с^ 00 ю 00 г^ о с^ сч СП 00 о ю 4 с^ 2 00 2 о 4 5 с^ с^ о 00 5 5 ю 00 00 5 4

^ с^ 3 3 3 3 ^т 3 3 3 3 3 3 5 ю 5 3

D 2 00 00 о 4 ю 00 5 о 41 3 3 с^ с^ 4 ю 4 ю ю т 3 00 о 3 о о 2 3 5 ю ю о ю 3 3 т 4 4 00 5 ю 00 5 ю 3 2 ю 5 о о 2 2 2 о ю 3 4 ю о ю ю 2 4 5 00 00 3 о 3 с^ т о 2 5 ю ю 2 2 ю 3 о ю 4 4 21 5 о 3 3 4 4 5 т 5 ю 2 00 00

о 4 СП 3 00 2 2 3 4 ю 3 о 00 4 5 СП 5 3 3 о о 4 2 4 00 4 о 00 ю ю 1Л) 00 3 4 2 СП о 2 2 00 о 2 00 о 00 4 СП 4

Общий сброс воды на левобережные очистные сооружения в период 01.01.2015-06.09.2015 года представлен на рис. 20.

Рис. 20. Общий сброс стоков на левобережные очистные сооружения

Средний сброс сточных вод на левобережные очистные сооружения за период составляет, м3/сут.: общий: 86743; в рабочие дни: 85312; в выходные дни: 90260.

График удельного сброса сточных вод на 1 чел. (из расчета 351 472 чел.) на левобережные очистные сооружения в период 01.01.2015- 06.09.2015 года

410

Рис. 21. Удельный сброс стоков на левобережные очистные сооружения

Средний удельный сброс сточных вод на 1 человека на левобережные очистные сооружения за период составляет, л/сут.: общий: 246,80; в рабочие дни: 242,73; в выходные дни: 256,81.

^ч <4 го 1Л во о ^ч ^ч ^ч <4 ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о гч ^ч гч гч гч го гч гч

10603 о о 6 о ^

9689 СП 9 о

8775 00 СП 00 СП

7861 о 00 СП 00 00 о 00 о 5, с^

6947 о 6 о 7 о" сч, 5, 6, 8, 5, о 00 6, 2 9, 3 ^ 4 0, 4 с^, 00

6033 ю о сч, 00 сч, 5, 2 сч, 00~ 3 5, 5 5, 6 6 61 о, 6 о, 6 с^ 5 00 00~ 4 00~ 4 о 5 5, 61 5 3, 4 00 00~ 2 3 5

5119 2 ю ю 4 6 5 со СП 5, 4 0, 2 4, 2 8, 8, 5, 2, 2 6, 2 9, 3 9, 4 8, 6, 3 9, 2 9, г^, 3 7, 6

4205 00 СП с^ ю ю о, 91 7 о 6 о' 7 5, 7 3 с^ 00 00 00 00 00 00 2

3291 ^т СП 00 с^ 00 СП о 5, 2 3 ю 2 8, сч,

2377 о с^ ^т СП 00 ^

Рис. 22. Гистограмма притока сточных вод на правобережные очистные сооружения

Рис. 23. Общий сброс воды на правобережные очистные сооружения в период

01.01.2015-06.09.2015 года

Средний сброс сточных вод на правобережные очистные сооружения за период составляет, м3/сут.: общий: 133806; в рабочие дни: 133912; в выходные дни: 133545.

Рис. 24. График удельного сброса сточных вод на 1 чел. (из расчета 268 621 чел.) на правобережные очистные сооружения в период 01.01.2015-06.09.2015 года

Средний удельный сброс сточных вод на 1 человека на правобережные очистные сооружения за период составляет, л/сут.: общий: 498,122; в рабочие дни: 498,52; в выходные дни: 497,15.

^ч гч го 1Л во о ^ч ^ч ^ч <4 ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^ч во ^ч ^ч о ^ч <4 го <4

18361 ю о 0 о" о" 00 о" о"

16883 ю 00 о" о" о" 00 о" о" 00 о" о К

15405 ю 6 ю 4 о" 00 о" о" о сч" г^ го" о К сч" о" о" о" со го" о" о"

^ч <4 го во о ^ч ^ч ^ч <4 ^ч го ^ч ^ч 1Л ^ч ^ч ^Ч во ^ч ^ч о ^ч го гч

13927 00 00 со ю 6 ю 4 00 о" сч" го" сч" о сч" о" о" 00 о" 9" го" 00 00 о" 00

12449 о 8 8 3 сч" 5" 2" о" о СЧ" о" 00 о" со го" 0" 00" 3" 8" 6" сч"

10971 с^ 3 с^ 0 о о" о" о" 00 о" 8" сч" 4" 4" 00" 4" оо" 4" 2 4" 00" го" 00" СЧ" 00" 00" 5" го" 3" 2 9" 3 9" 2 8" 2 6" 2 9" ^

9493 4 8 с^ 3 с^ 0 00 о" о" о" 00 о" сч" 3" 3 2" 3 6" 5 3" 5 0" о" 5 5" 5 5 4" о" 5 7" 4 9" 4 9" 5 5" о" 7 7" сч" 6 6" 3 8" 4" 00" 9" 5 ^ о"

8015 6 7 4 8 00 о" 00 о" 00 о" 4" 9" о" 2 9" 00" 5" 9" 0" 00" 4" 3 0" 4 3" 4 5" 3 8" о сч" 00 о" о" 00 о" 5" 2 4" 4

6537 8 5 6 7 о 8 с^ 3 с^ с* го" 9" 6 0" 00" 2 сч" о" о" о" о" ^г о" 5" 5

5059 0 со 4 8 5 с* го" с* 61 СЧ" го" 8 6" 8 9" го" 2 сч" о" о" о"

Рис. 25. Гистограмма притока сточных вод на левобережные и правобережные

очистные сооружения

Рис. 26. Общий сброс воды на левобережные и правобережные очистные сооружения

в период 01.01.2015-06.09.2015 года

Средний сброс сточных вод на правобережные очистные сооружения за период составляет, м3/сут.: общий: 220549; в рабочие дни: 219224; в выходные дни: 223805.

Рис. 27. График удельного сброса сточных вод на 1 чел. (из расчета 620 093 чел.) на левобережные и правобережные очистные сооружения в период 01.01.2015-06.09.2015

года

Средний удельный сброс сточных вод на 1 человека на левобережные и правобережные очистные сооружения за период составляет, л/сут.: общий: 355,67; в рабочие дни: 353,53; в выходные дни: 360,92. Левобережные очистные

= бЗЗЯбВ+= 3 = 1602,05 - 3.432 = 0,085;

3605,15 ' ' т1П 3605,15

Правобережные очистные

= 6870,57 + 3.739 = 1,63]; = 3904,18 - 3.326 = 0

5569,75 '' т1П 5569,75

Общий сброс стоков

к = 13423,25 + 3 • 2605 = 2315 к = 5506,23 - 3 • 578 = 0411 тах 9174,89 , ; т1П 9174,89 , .

Таблица 11

Сравнение фактических коэффициентов неравномерности с их значениями, представленными в СНиП 2.04.03-85

Общий коэффициент 5000 и более

неравномерности притока 5 10 20 50 100 300 500 1000

сточных вод

СНиП. Максимальный К^еп. тах 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44

СНиП. Минимальный Кяеп, тп 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71

Левобер. Максимальный Кяеп, тах 27 19 14 9,7 7,4 5 4,3 3,6 2,6

Левобер. Минимальный Кяеп. тп 0 0 0 0 0 0 0 0,1 0,3

Правбер. Максимальный К%еп. тах 8,2 6,2 4,7 3,4 2,8 2,1 1,9 1,7 1,5

Правбер. Минимальный Кяеп. тп 0 0 0 0 0 0,3 0,4 0,5 0,6

Общий. Максимальный Кяеп, тах 21 15 11 7,5 5,8 3,9 3,4 2,8 2,1

Общий. Минимальный Кяеп. тп 0 0 0 0 0 0 0,2 0,3 0,5

Выводы. При проектировании систем водоснабжения и водоотведения необходимо пользоваться фактическими нагрузками и коэффициентами неравномерности потребления воды и сброса сточных вод.

Статья поступила 01.10.2015 г.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СП (31.13330.2012. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84).

2. СП (32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85).

3. Гузынин А.И., Гузынин А.А. Сравнительный анализ моделей водопотребления населенных пунктов // Коммунальное хозяйство городов. 2011. № 97. С. 117-126.

Информация об авторах

Чупин Роман Викторович, кандидат технических наук, докторант кафедры городского строительства и хозяйства, тел.: 89259413670, e-mail: chupinvr@istu.edu; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Майзель Ирина Витальевна, кандидат технических наук, доцент кафедры городского строительства и хозяйства, тел.: 89086471719, e-mail: chupinvr@istu.edu; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Душин Алексей Сергеевич, аспирант кафедры городского строительства и хозяйства, тел. 89501274408, e-mail: a.s.dushin@mail.ru; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Чупин Виктор Романович, доктор технических наук, профессор кафедры городского строительства и хозяйства, тел.: 89041314579, e-mail: Chupinvr@istu.edu; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Information about the authors

Chupin R.V., Candidate of Technical Sciences, doctoral candidate of Urban development and economy, tel.: 89259413670, e-mail: chupinvr@istu.edu; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

Mayzel I.V., Candidate of Technical Sciences, associate professor of Urban development and economy, tel.: 89086471719; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

Dushin A.S., Post-graduate of department Urban development and economy, tel.: 89501274408, e-mail: a.s.dushin@mail.ru; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

Chupin V.R., Doctor of Technical science, professor, Director of the Institute of Architecture and Construction, tel.: 89041314579, e-mail: Chupinvr@istu.edu; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.