Научная статья на тему 'Оптимизация схемы и структуры системы поверхностного водосбора'

Оптимизация схемы и структуры системы поверхностного водосбора Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
178
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
iPolytech Journal
ВАК
Ключевые слова
СИСТЕМА ВОДООТВЕДЕНИЯ / ВОДООТВЕДЕНИЕ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ / МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ / DRAINING SYSTEM / SETTLEMENTS DRAINING / MATHEMATICAL MODELING / SYSTEM OPTIMIZATION

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Чупин Виктор Романович, Просвирин Юрий Сергеевич, Чупин Роман Викторович

Изложена методика комплексной оптимизации системы поверхностного водосбора. Сущность предлагаемой методики заключается в следующем: намечается избыточная схема (всевозможные коллекторы канализования), на которой выбирается подграф в виде дерева и оптимизируются параметры (уклоны, диаметры, перепадные колодцы, быстротоки, насосные станции, напорные трубопроводы и т.д.) по схеме динамического программирования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPTIMIZATION OF THE LAYOUT AND THE STRUCTURE OF THE SURFACE WATER COLLECTION SYSTEM

The authors present the procedure of complex optimization of the surface water collection system. The essence of the offered procedure is as follows: the excess pattern (all possible sewage collectors) is designed, the subgraph in the form of a tree is chosen on it, the parameters (gradients, diameters, differential wells, shooting flows, pumping stations, pressure pipings and so on) are optimized according to the layout of dynamic programming.

Текст научной работы на тему «Оптимизация схемы и структуры системы поверхностного водосбора»

ент положения наружной поверхности, равный 1 согласно [СНиП 23-02, табл. 6]; Ягщ - нормируемое приведенное сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции, равное 4,14 м2-°С/Вт согласно [СНиП 23-02]; Я* - сопротивление теплопередаче той же конструкции без теплоизоляционного слоя, м2-оС/Вт.

2. Срок окупаемости капитальных вложений в теплозащитный слой ограждающей конструкции (с учетом дисконтирования прибыли) должен быть не больше срока окупаемости банковского вклада.

Второе условие экономической целесообразности при выборе теплоизоляционного материала должно удовлетворять неравенству

сяХя < 24ее/(р)/(га2/(ЯгедК) ,

(3)

где а2 - коэффициент, определяемый по формуле

а2 = 1 -

[l - (1 + E)-(1+1/E) ]/ E; где е., X.

/(Р) , /(г) , , п , ЯгеЧ , Я* - то же, что и в формуле (2).

Результаты расчета экономической целесообразности применения теплоизоляционных материалов, рассмотренных в вариантах 1-3, приводятся в таблице.

По результатам расчета, приведенным в таблице, можно сделать вывод, что пенополистирол и пеноизол местного производства удовлетворяют обоим условиям и обеспечивают экономическую целесообразность применения в качестве теплозащиты. При этом приоритет следует отдать пеноизолу как материалу с наименьшим значением стЯт и обеспечивающим

максимальную величину чистого дисконтированного дохода в данных условиях. Минеральная вата не удовлетворяет ни одному условию и применение ее в такого типа ограждающих конструкциях в условиях г. Читы экономически нецелесообразно.

c

c

e

m

УДК 628.218

ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ И СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ВОДОСБОРА

В.Р.Чупин1, Ю.С.Просвирин2, Р.В.Чупин3

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

Изложена методика комплексной оптимизации системы поверхностного водосбора. Сущность предлагаемой методики заключается в следующем: намечается избыточная схема (всевозможные коллекторы канализования), на которой выбирается подграф в виде дерева и оптимизируются параметры (уклоны, диаметры, перепадные колодцы, быстротоки, насосные станции, напорные трубопроводы и т.д.) по схеме динамического программирования.

Ил. 2. Библиогр. 2 назв.

Ключевые слова: система водоотведения; водоотведение населенных пунктов; математическое моделирование; оптимизация систем.

OPTIMIZATION OF THE LAYOUT AND THE STRUCTURE OF THE SURFACE WATER COLLECTION SYSTEM V.R. Chupin, Y.S. Prosvirin, R. V. Chupin

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

The authors present the procedure of complex optimization of the surface water collection system. The essence of the offered procedure is as follows: the excess pattern (all possible sewage collectors) is designed, the subgraph in the form of a tree is chosen on it, the parameters (gradients, diameters, differential wells, shooting flows, pumping stations, pressure pipings and so on) are optimized according to the layout of dynamic programming. 2 figures. 2 sources.

Key words: draining system, settlements draining, mathematical modeling, system optimization.

Дождевая канализация (ДК) является одной из важнейших составляющих систем жизнеобеспечения городов, населенных пунктов и промышленных предприятий. Назначение ДК заключается в предотвраще-

нии подтопления и затопления селитебных территорий, их загрязнения и загрязнения прилегающих водоёмов.

Следует отметить, что в последние годы этим сис-

1Чупин Виктор Романович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой городского строительства и хозяйства, тел.: (3952)405-145, e-mail: chupinVR@istu.edu

Chupin Victor Romanovich, a doctor of technical sciences, a professor, the head of the Chair of town construction and economy, tel.: (3952)405-145, e-mail: chupinVR@istu.edu

Просвирин Юрий Сергеевич, аспирант, тел.: (3952)405267, e-mail: prosvirin@istu.edu Prosvirin Juriy Sergeevich, a postgraduate, tel.: (3952)405267, e-mail: prosvirin@istu.edu

3Чупин Роман Викторович, аспирант, тел.: (3952)405267. Chupin Roman Victorovich, a postgraduate, tel.: (3952)405267.

темам не уделялось должного внимания. В итоге, многие коллекторы просто заилены, другие разрушены и пришли в негодность. Например, в городе Иркутске из 61 км коллекторов ДК 31 км находится в аварийном состоянии (разрушены, либо не удовлетворяют по пропускной способности). Как следствие, происходит разрушение дорожного полотна, вымывание грунта, загрязнение водоёмов. Из-за существенного увеличения количества транспортных единиц загрязнения стали более насыщенными тяжелыми металлами и другими опасными элементами. Перечисленные обстоятельства делают задачу реконструкции и развития ДК актуальной. С учетом сложившейся ситуации задачу оптимизации параметров развивающихся систем ДК можно сформулировать следующим образом. Учитывая площади поверхностного водостока, необходимо определить такие диаметры новых и реконструируемых коллекторов, места установки насосных станций и напорных трубопроводов, объемы регулирующих резервуаров и очистных сооружений, которые были бы минимальны по затратам и соответствовали техническим, гидравлическим, экологическим и другим требованиям. При этом в качестве критерия оптимизации следует принять минимум приведённых расчетных затрат, либо в качестве сопутствующих можно принять минимум объемов земляных работ, минимальное или максимальное время добегания и др.

Согласно СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» [1] и рекомендаций по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока [2], расходы дождевых вод в коллекторах дождевой канализации цг, л/с, определяются методом предельных интенсивностей. Расчетный расход сточной жидкости вычисляется по формуле

Чг

А, 2 р

% mid -А_

1,2и-0,1 :

и

(1)

где 2тм - среднее значение коэффициента, характеризующего поверхность бассейна стока; для г.Иркутска этот коэффициент принимает значения от 0,12 до 0,18; Я - расчетная площадь стока, га; £г - расчетная продолжительность дождя, равная продолжительности протекания поверхностных вод по поверхности и трубам до расчетного участка, мин.

Параметры А и п определяют по СНиП 2.04.03-85.

Для г.Иркутска ц20=65-70л/с*га, п=0,6, тг=90, Р=1год, у=1,5; следовательно, параметр А=392,22.

Расчетную продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам 1Г, мин, следует вычислять по формуле

гг=г

+г + г,

соп ь сап ь р

где £соп -продолжительность протекания дождевых вод до уличного лотка, а при наличии дождеприемников в пределах квартала - до уличного коллектора (время поверхностной концентрации), мин, определяется по расчету или принимается в населенных пунктах при отсутствии внутриквартальных закрытых дождевых сетей равной 5-10 мин, при их наличии равной 3-5 мин; £сап - то же, по уличным лоткам до дождеприем-

ников (при отсутствии их в пределах квартала), £р - то же, по трубам до рассчитываемого сечения, определяются расчётом.

Расчетный расход по участкам ЛК для гидравлического расчета (определение диаметров, уклонов и т.д) следует определять с учетом коэффициента в, учитывающего заполнение свободной ёмкости сети в

момент возникновения напорного режима: ^ = в ^

Гидравлический расчет начинается с самого длинного коллектора и с самого удаленного участка, расположенного на самых низких отметках в направлении к узлу сброса или к очистным сооружениям. При этом расход на участках вычисляется на основе нарастающих площадей (собственных и общих) и времени движения стоков по лоткам и трубам. Время движения стока по лоткам и трубам определяется следующим образом. Сначала задаются некоторыми скоростями, затем определяется диаметр трубопровода и находится «истинное» значение скорости, на основе которого корректируется расход в сечении. Далее снова определяется диаметр, уклон и скорость. Такие вычисления повторяются (по схеме простых итераций) до тех пор, пока точность вычислительного процесса будет в пределах 10%. При определении диаметров учитываются незаиливающие и неразру-шающие скорости. Расход и соответственно диаметр на последующих участках принимаются равными или большими, чем на предыдущих. Уклон соответственно должен быть больше значения а/с1 (а = 1 ■ 1,3). Соединение труб - «шелыга в шелыгу». Заглубление дна лотка для диаметров до 500 мм должно быть не меньше глубины промерзания минус 0,3; для диаметров от 500 мм и выше - не менее глубины промерзания минус 0,5. Для больших диаметров и в особых случаях верх трубы должен быть заглублен не менее 0,7м. Максимальная глубина залегания лотков коллекторов не более 6 м. Для местности с большими уклонами устраиваются перепады и трубчатые быстротоки с водобойными колодцами-гасителями скорости. Скорость на быстротоках из металлических труб должна быть не более 10 м/сек, из неметаллических - 7 м/с. В случае превышения этой скорости, участок разбивается на подучастки, т.е. устраивается каскад быстротоков или перепадов.

Расчет канализационных сетей производится при условии равномерного движения воды в них и, следовательно, по двум основным формулам: Ч = ф-у;

(2)

= с--¿я!,

V = с

где 9 - расход воды, м /с; ш- площадь живого сечения, м2; с - коэффициент Шези; Я - гидравлический радиус, м; / - уклон трубопровода.

Если учесть то, что для дождевой сети расчет производится из условия работы полным сечением, формулу (2) нетрудно привести к следующему виду:

а =

1,55

чо,375 , п0,375

•0,1875

(3)

где б - диаметр коллектора, роховатости.

м; п - коэффициент ше-

(4)

V < V < V,

мин доп

V =

1,27 •

Ч

а2 "

Для полного сечения УтПп определяется:

vmm = 11,02 -Жо ■ а 0,2,

где М0 - гидравлическая крупность частиц (М0 = 0,0944 м/с, что соответствует частицам песка размером 1,04 мм).

При выборе оптимального варианта развития оценить значения капиталовложений можно только за весь период развития, поскольку так или иначе будет наблюдаться эффект их омертвения или нерациональное вложение по этапам развития и реконструкции. Следовательно, приведённые затраты можно представить в виде суммы двух слагаемых:

Т т

3 = £ к, ■ Ек и ■ Еп, г=1 г=2

где Т - период развития системы, год, I - этап развития, год, к - капиталовложения на этапе развития, млн.руб, Ек - коэффициент приведения разновременности капиталовложений; и - издержки, которые появляются после ввода объекта в эксплуатацию (например, с этапа 2); Еп - коэффициент разновременности издержек.

Капиталовложения на каждом этапе можно представить в виде суммы затрат на устройство новых и реконструкцию существующих коллекторов, на устройство насосных станций и перепадных сооружений, регулирующих резервуаров и очистных сооружений.

В свою очередь, капиталовложения в новые и реконструируемые коллекторы будут состоять из суммы затрат по участкам сети (1=1,...,п), на подготовку площадок под строительство, затрат на земляные работы, стоимости и затрат на устройство или замену трубопроводов (открытым или бестраншейным способом):

к ™ =£ в [ а )• (+ З/К, I, г, Г,, z]+l)],

1=1

где ^ и - отметка в начале и в конце расчетного участка ¡.

Капиталовложения в сооружение новых и реконструкцию существующих насосных станций будут следующими:

кнс = £ ев [ (И, Чг)+3ТР а, 1г)].

г=1

Капиталовложения в сооружение новых и реконструкцию существующих перепадных сооружений

кпр = £д3 ■ зпр (и, 4)

ные условия строительства и реконструкции; Зкл, З3, З"с, Зтр, З"р- соответственно затраты на устройство самотечных коллекторов, в земляные работы, в насосные станции, в напорные трубопроводы и в пере-падные сооружения.

Капиталовложения в регулирующие ёмкости зависят от схемы подключения к сети и гидрографа стока. В общем случае их можно представить в виде

к РЕ = £ 3РЕ (Е, ,аоп),

1=1

где Е] - объём резервуара, аоп - коэффициент регулирования опорожнения (обычно этой величиной задаются); ]=1,...,т - количество узлов расчетной схемы.

Капиталовложения в очистные сооружения можно представить в виде

т

кос = £ 31ос (Ч,, М з),

1=1

где ц - расход дождевых вод, приходящий на очистные сооружения; МЗ - объемы и характеристики загрязнений.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Издержки можно представить в виде отчислений от капиталовложений на амортизацию, эксплуатацию и текущий ремонт.

м

и=х ■ к;,

М=1

где - соответствующий коэффициент отчислений

по каждому |>ому сооружению. В состав издержек также входят и затраты электроэнергии на перекачку стоков.

В общем виде приведённые расчетные затраты можно представить как функцию векторов расхода транспортируемой сточной воды, диаметров и уклонов трубопроводов, напоров насосных станций и перепад-ных сооружений, величины заглубления лотка и верха трубопроводов:

з = р (ч, а, г, и, Р). (5)

В связи с этим задачу оптимизации развития системы дождевой канализации можно в общем виде сформулировать как минимизацию функции (4) при выполнении следующих ограничений:

п, (6) (7)

А,оп < ± е А < Ад

Ооп . . . 'доп

гг < г < гг ,

Р, < Р, < Р1,

> а,.

=1

где в1, в2, вз - коэффициенты, учитывающие различ-

(8) ( 9)

Ограничения (6) обозначают с одной стороны то, что

диаметры имеют дискретные значения di е А{, с

другой стороны - их величина будет зависеть от минимально и максимально допустимых скоростей (4); (7), (8) - ограничения по величине уклона и заглублению лотка коллекторов. Условие (9) отражает то, что последующий по потоку диаметр коллектора должен быть не менее предыдущего.

Среди оптимизируемых величин в (5) можно выделить две группы: первая из них - вектор расходов транспортируемого стока д - определяет структурные особенности системы (связи между узлами, их число, места расположения регулирующих ёмкостей, очистных сооружений и др.); вторая (векторы, с1, ¡, Н, Р) характеризует отдельные элементы системы (диаметры коллекторов, параметры насосных станций и пере-падных сооружений). Естественно, одновременная оптимизация по этим группам переменных приведёт к чрезмерному усложнению задачи и трудностям в формализации её решения. Общую проблему оптимизации системы ливневой канализации можно разбить на несколько подзадач меньшей размерности, с возможностью поочередной фиксации тех или иных переменных, относительно которых ставится и решается соответствующая задача с многократной (при необходимости) увязкой решений этих задач в едином итеративном процессе. Такой подход во многом соответствует сложившейся технологии проектирования этих систем, когда в первую очередь осуществляется обоснование схемы (структуры и трассы), а затем производится обоснование параметров новых и реконструируемых сооружений.

В первую очередь рассмотрим задачу оптимизации параметров реконструируемых систем ливневой канализации. Известно, что для того, чтобы вода совершала движение, необходимо в начальный момент сообщить ей некоторую потенциальную энергию, то есть поднять на определенную высоту, создать напор или определенный уклон трубопровода. При движении воды потенциальная энергия перейдет в кинетическую, которая, в свою очередь, будет тратиться на преодоление сил трения. Если требуется подать воду или стоки на определенные отметки, то её поднимают насосами или опускают перепадами. Например, при движении воды из точки А в точку Б может иметь место одна из таких пьезометрических линий свободной поверхности стоков (рис.1).

Согласно схеме (рис.1) на участках 1, 2 сточная жидкость перемещается в самотечных коллекторах. В узле 3 устанавливается насосная станция с напором Н2, затем на участке 3 вода движется самотёком, а в узле 4 устанавливается перепадное сооружения, с напором Н3 и т.д. Если обозначить как к = г ■ I, то пьезометрический напор в узле Р6 можно записать

следующим образом:

Р6 = Р1 - к - к2 + Н2 - к3 - Н3 - к4 + Н4 - к5.

Данной пьезометрической поверхности будут соответствовать вполне определённые диаметры трубопроводов, параметры насосных станций, приведённые затраты на их сооружение. Конечно же, представленная на рис.1 пьезометрическая поверхность не является единственной. Варьируя, например, напорами насосных станций или перепадными сооружениями, а также уклонами самотечных коллекторов, можно определить их наилучшие параметры. Поиск оптимальной пьезометрической поверхности (профиля) в данном случае можно представить как многошаговый процесс управления, характеризующийся следующими величинами.

Управление. Управляющими переменными являются: потери напора Л,; напоры в насосных станциях Н /+); перепады в колодцах Н, . Для каждого из расчетных участков / управлений по Л, может быть У,, по Н ,(+) - и, по Н - V,. Следовательно, управляющие переменные можно представить в виде трех множеств:

Л = Фу}, у е Уг,

Н (->= {Ни}, и е иг, (10)

Н (+>= {Ну},

Vе¥;.

..., Нл, н (+) = {Н1(+),

Н„(+)}

последовательность которых

л = {Л1.....Л„}, Н <-» = {Н1(->

есть стратегия.

Фазовые переменные. В качестве таких переменных принимаются узловые пьезометрические напоры (отметки свободной поверхности воды). Будем считать, что узел есть соединение или деление потоков воды в коллекторах, для которых он является либо начальным, либо конечным. Если узлы ] и ]-1 рассматривать как начало и конец участка / (в соответствии с направлением потока или ориентацией ветвей расчетной схемы), то фазовые переменные разобьются соответственно на две группы: отметки свободной поверхности воды в начале и в конце участка / (Р/н), Р,и).

Для начальных и конечных узлов фазовых переменных может быть С и I, то есть

Рис.1. Вариант пьезометрической поверхности (профиля) системы ливневой канализации

Рн) = {РП, P(k) = {Р/>},

Ml

С G С Z G Z :

(11)

последовательность которых Рн) = {Р/н), ..., Рс(н)}, Р(к) = {Р1(к), ..., Р2(к)} является множеством возможных состояний рассматриваемой системы дождевой канализации.

Следует отметить, что для участка / начальные переменные связаны с конечными следующими соотношениями:

Р}и) = P}k) + hv - Ни.

р M = Pz^ + hy + HV.

i(k)

(12)

1. Необходимо выбрать такое управление Лу у е Уг, которое бы перевело конечное состояние Р;

(k)

в начальное

P

(н)\

(н)

Ограничения. Как на управляющие, так и на фазовые переменные накладываются ограничения парал-лелепипедного типа:

hy < hy < hy, H. < Hu < H,

я, <ну <ы~у, (13)

P.} < P(M) < P,(")

P.(*) < P(k) < P, (k)

Эти ограничения характеризуют допустимые значения потерь напора по самотечным и напорным участкам сети, напорам насосных станций и перепадам. При этом величина h, будет соответствовать кривой свободной поверхности воды, которая в свою очередь зависит от уклонов, наполнения и величин диаметров труб и других технологических параметров.

Целевая функция. Исходя их условий задачи, которая заключается в поиске управлений h, Н и(_), Н у(+), обеспечивающих минимум приведенных затрат в системы ДК, целевая функция принимает следующий вид:

F (p, h, H )=£f, p, я;ч я;-1), P (» >, P >), (14)

i=1

то есть представляется в виде суммы по отдельным расчетным участкам системы ДК.

В результате многошагового процесса минимизации функции (14) должны быть определены следующие параметры системы ДК:

а) диаметры и уклоны самотечных трубопроводов;

б) участки, на которых необходимо сооружение насосных подстанций или перепадных сооружений;

в) напоры насосных станций и диаметры напорных трубопроводов.

В силу аддитивности функции (14) для данной задачи справедлив принцип оптимальности Беллмана, согласно которому условно-оптимальные решения на /-ом шаге принимаются на основании решений, полученных на /-1-ом шаге, и не зависят от решений, принятых на предыдущих шагах.

С целью вывода функционального уравнения рассмотрим один шаг i процесса управления, сначала по h; и затем по Н.

и минимизировало бы целевую функцию Рс"'), состоящую из приведенных затрат, полученных на предыдущем шаге оптимизации, и затрат, связанных с переходом от Р2(к) к Рс(н).

X Р ))= %(Рк))+Р * К , Р(Р({к)). (15)

Так как имеется I, конечных и С, начальных состояний, то оптимальный переход в любое начальное Рс(н) из всевозможных конечных состояний (Р}к), 1=1, ..., I) путем варьирования всех допустимых управлений (Лу, у=1,..., У) будем называть условно-оптимальными решениями.

С учетом сказанного, функциональное уравнение для вычисления условно-оптимальных решений относительно Лу на шаге / запишем следующим образом:

X р ))= т ш X Рк))+Р к , Р/н), Р(к))}.

hy,уеГ, ZGZ,

(16)

Согласно данному выражению, условно-оптимальное решение, соответствующее фазовой переменной с в начале участка, получается путем ми-

РN

нимизации (или поиска наилучшего) перехода в с из любых допустимых состояний Р}к) (I пробегает 1=1, ..., I) с помощью управлений Лу (у пробегает у=1, ..., У). При этом для каждого анализируемого Р}к) и Л

оп

(н)

юеделяется численное значение функции Р(Лу, Р( Р/к)) приведенных затрат в сооружение трубопровода. Во внимание принимаются лишь те управления, для которых справедливо условие (13).

На рис. 2 дана иллюстрация вычислительного процесса, соответствующего функциональному уравнению (16).

При этом определяется, в какой из интервалов начальных фазовых переменных попадает каждое из получаемых Ру2). После нахождения соответствующего интервала производится сопоставление приведенных затрат в данный вариант с уже имеющимся в этом интервале (в начале для каждого интервала ^,{Рс(н)) = «) и лучший вариант запоминается:

X (р^ >)= тгпХ (рн Г >}.

В результате таких операций в рассматриваемых интервалах фазовых переменных окажется по одному значению Р/2), каждому из которых будет соответствовать наилучший переход в Рс("' из всевозможных Р}к) путем управления по Лу.

Следует отметить, что каждому значению У{ = К

будут соответствовать свои гидравлические параметры коллектора: диаметр (3); скорость движения (4). С учетом скорости движения осуществляется корректировка времени добегания и значения расчетного расхода (по формуле (1)). С учётом скорректированного расхода снова определяются диаметры и т.д. Зная диаметр, глубину залегания трубопровода в начале и в конце расчетного участка, можно вычислить приведённые затраты.

Рис. 2. Наращивание условно-оптимальных решений относительно Н;

С учетом уже полученных условно-оптимальных решений, соответствующих управлению по Лу, рассмотрим способы управления по Ни, Н¥.

2. Необходимо выбрать такие управления по Ни, Н¥, которые бы перевели одно из начальных состоя-

и ми-

ний: Р^, Рс-2(н), ...', Р1(н) и 'Рс+1(н), ..., Рс{"\ в Рс(н) нимизировали бы целевую функцию ^(Рс(н)).

Относительно Рс(н) множество начальных фазовых переменных можно условно разбить на два подмножества:

{Р(н))}, К = с + 1, ..., с - область существования насосных станций,

{Р*н)}}, у = с - 1, ..., 1 - область существования пе-репадных колодцев.

Тогда функциональные уравнения можно записать отдельно для насосных и перепадных сооружений:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

&(НС )(р(п))

= тш (р<н))+ /}НС )(Ни)}; (17)

& (р(;))+/!д)(нУ)}. (18)

Ни,ишП

= шш

Н„,

Максимальный выигрыш на /-ом шаге определяется минимизацией всех условно-оптимальных решений:

& (Р(н )}= шп^ (Р()}}.

Переход к следующему шагу оптимизации осуществляется путем переосвоения значения фазовых переменных участка / участку /+1.

Так как Р,+1{к) = Р/н), то каждому значению конечной фазовой переменной участка /+1 будут сопоставлены условно-оптимальные решения, соответствующие /-му шагу оптимизации, то есть ^¡+1(Р}к)) = ^(Рс(н)). Если в узел ], который является началом участка у+1, входят несколько участков ]к = /к, ..., п (то есть он является узлом слияния потоков), то приведенные затраты, соответствующие условно-оптимальным решениям шагов ]к, суммируются.

В общем виде условия перехода к I +1-му шагу оптимизации можно записать следующим образом:

&(ри))| при £аЬ^)< 2,

&+1 и=

т , V

^при ^аЪ{а]г)>2,

(19)

]к=гк

Р(к) = 1 г ,г+1

Рс{;), при £ аЬ*(а]1 )> 2,

ш

РЛ при £ abs(aji)> 2.

шах

г=1

Согласно (19), для каждого интервала начальных фазовых переменных участка /+1 Рс(н) принимаются наибольшими из всех Р2(к) участков, выходящих из узла ] (здесь с соответствует х).

Таким образом, начиная от «висячих» узлов схемы, организуется наращивание условно-оптимальных решений в соответствии с функциональными уравнениями (16)+(18) и условиями перехода (19). После выбора наилучшего варианта из числа условно-оптимальных решений в корне дерева восстанавливаются оптимальная траектория управления по Л и Н и соответствующие ей оптимальные параметры СВО.

Данная методика реализована в программном продукте Тгаое_!1у, который успешно прошел апробацию при обосновании схемы развития системы ливневой канализации г. Иркутска.

Библиографический список

1. СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения».

2. Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты. М.:ФГУП "НИИВОДГЕО", 2006.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.