CC BY
3УДК 628.14:004.41 Медведев Е.В., Орлова Н.А.
Медведев Е.В.
магистрант
Российский государственный аграрный университет
- МСХА имени К.А. Тимирязева
(г. Москва, Россия)
Орлова Н.А.
магистрант
Российский государственный аграрный университет
- МСХА имени К.А. Тимирязева
(г. Москва, Россия)
РАЗРАБОТКА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДЕЛЕЙ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Аннотация: цель данного исследования заключается в создании электронных гидравлических моделей системы водоснабжения, которые будут использоваться для анализа и оптимизации работы системы. Модели позволяют прогнозировать поведение системы, оценивать ее производительность, выявлять потенциальные проблемы и находить оптимальные решения. Такие модели помогают повысить эффективность и надежность работы системы водоснабжения.
Ключевые слова: системы водоснабжения, система водоотведения, гидравлический расчет, электронная модель, геоинформационная система.
Введение: На основании требований, предъявляемых законодательством России, развитие водного хозяйства и инженерной инфраструктуры городов и населенных пунктов необходимо осуществлять в соответствии с проектами схем водоснабжения и водоотведения. При численности населения города более 150 тыс. человек данные схемы обязательно должны включать в себя электронные
модели систем водоснабжения и водоотведения. Расчеты 7и1иИуёго совместно с геоинформационной системой 7и1и018 позволяет учитывать различные параметры, такие как распределение населения, топографические особенности местности, инженерные коммуникации и другие факторы, необходимые для обеспечения эффективной работы системы. Это позволяет обеспечить надлежащее качество водоснабжения и водоотведения для населения. Разработка электронной модели системы водоснабжения решает весь набор задач, указанных в пункте 12 постановления Правительства РФ от 5 сентября 2013 г. № 782 «О схемах водоснабжения и водоотведения» и способствует более эффективному управлению водными ресурсами в городах и населенных пунктах.
Цель и задачи исследования: Цель электронных гидравлических моделей системы водоснабжения заключается в том, чтобы предоставить инструмент для анализа и оптимизации работы системы водоснабжения. Эти модели могут использоваться для прогнозирования поведения системы в различных условиях, оценки ее производительности, выявления потенциальных проблем и поиска оптимальных решений. Они позволяют моделировать все рабочие процессы системы водоснабжения, от подачи воды до распределения по трубопроводам и использования в конечных точках. Электронные гидравлические модели помогают инженерам проектировать новые сети водоснабжения, предсказывая и анализируя их работу в различных условиях.
Задачи электронных гидравлических моделей системы водоснабжения могут включать в себя следующее:
1. Моделирование потока воды в трубопроводах и сооружениях системы водоснабжения.
2. Оценка давления и расхода в различных точках системы.
3. Анализ работы насосных станций и резервуаров.
4. Идентификация участков с недостаточным или избыточным давлением.
5. Прогнозирование поведения системы при изменяющихся условиях, таких как увеличение или уменьшение потребления воды.
6. Оптимизация распределения воды в системе для обеспечения эффективной работы и минимизации потерь.
В Соответствии со статьей 38 Федерального закона от 7 декабря 2011 г. №2 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении», развитие централизованных систем водоснабжения и водоотведения городов осуществляется только в соответствии со схемами этих систем. Электронная модель систем водоснабжения и водоотведения является составной частью схем водоснабжения и водоотведения (Постановление Правительства РФ от 5 сентября 2013 г. № 782 «О схемах водоснабжения и водоотведения»). Также, нормативный документ СП 31.13330.2021 включает требования к проведению гидравлических расчетов проектируемых систем водоснабжения. Проекты схем разрабатываются с учетом территориального планирования города и опираются на разработке инженерных решений, позволяющих определить инженерные решения и оценку капитальные вложения.
7и1иИуёго - набор программного обеспечения, который используется для расчета водопроводных сетей, предназначенных для решения различных отраслевых областях. Программа позволяет создать математические модели сетей, задачи топологического анализа и выполнять различные гидравлические расчеты. С помощью 7и1иИуёго можно рассчитывать водопроводные сети любой сложности и большого объема, например, застройки ИЖС или целые города. Программное обеспечение рассчитывает тупиковые и кольцевые сети водоснабжения, а также системы с повысительными насосными станциями, работающие от одного и более источников.
Построение электронных моделей систем водоснабжения включает применении следующих этапов:
1. Разработка расчетной схемы модели.
2. Разработка балансовой характеристики модели.
3. Проведение предварительных расчетов системы.
4. Калибровка гидравлической модели.
Необходимо отметить, очевидные различия между работой систем водоснабжения и водоотведения, но основные этапы построения электронных моделей для данных систем являются идентичными. Разработка расчетной схемы заключается в:
выбор типа расчетной схемы (укрупненной или подробной) в зависимости от поставленных задач,
формировании топологии сети в программный комплекс, создании электронных баз данных характеристик элементов для проведения гидравлических расчетов.
Разработка балансовой характеристики модели заключается в разработке балансовой схемы в соответствии выбранному типу расчетной схемы. На данном этапе проводится анализ балансов потребления воды в городе. Итогом является формирование определенных значений расхода на каждом потребителе, который приведен в модели.
Проведение поверочных предварительных расчетов системы (рис.1) необходимо для исправления ошибок и неточностей в электронной модели. Цель этого этапа — запустить расчет в программном комплексе.
Доработка гидравлической модели состоит во внесении различных изменений в модель для точного соответствия модели работе системы на основе проведения серий измерений на сети. Разработка схемы сети основывается на геоподоснове в масштабе М 1:500, которая предоставляется в качестве исходных данных. Для возможности привязки схемы сети водоснабжения или водоотведения к плану местности необходимо воспользоваться функциями современных программных комплексов и подгрузить в программу топографические данные, например, геоподоснову или другую графическую информацию.
Рис. 1. Проверочный гидравлический расчет в программном обеспечении 7и1иИуёго.
Основными элементами водопроводной (рис.2) сети при построении гидравлической модели являются:
1. Резервуар (источник водоснабжения).
2. Участок водопроводной сети.
3. Узел (водопроводные колодцы, разветвления, потребитель).
4. Регулятор давления.
5. Насосные установки.
6. Запорная арматура.
О, Поиск...
Примитивы
* Последние
■ Источник (Источник водоснабжения)
^^ Водопроводный колодец (У5ел)
Включен (Потребитель)
д / Включен (УчвСТО* ' V водопроводной сети)
Гидрант отключен ^^ (Водопроррдм&|й колодец с гидрантом)
т Источник водоснабжения
Источник ^ Отключен г Контррезервуар ^ Включен ^ Отключен
* Водонапорная башня ^ Включен»
^ Отключена
▼ Локвл&ное «противление Сопротивление
* Насосная станций
Включена Отключена
* Потребитель ( ) Включен
Отключен
* У мл
^^ Водопроводный колодец Разветвление
* Воздушный КОЛПАК ■на Включен
МШ Отключен
* Регулятор
Т Регулятор давления ! -1 1 Регулятор расхода "рЗ Регулятор да вл енм я "до себя" ^Г Р егулятор ра сх ода по IО
» Обратный клапан
» Водопроводный колодец с гидрантом Открыт
^^ Гидрант отключен ( Гидра кт в ключе« Колонка отключена Колонка включена;
» Участок водопроводной сети /\у Включен /\/ Отключен
* Р нарушаема я мембрана | Работа
* Вспомогательный участок
/V р"еРв
д , Укамтел^угл* и»мерения регулятора
* Вертикальный уч$С*Ок | Участок
* Запорные устройства Й
Закрыто
Рис. 2. Все элементы водопроводной сети в программном обеспечении 7и1иИуёго.
Для построения гидравлической модели требуется следующая информация:
данные о характеристиках всех элементов водопроводной сети (трубопроводы, насосные агрегаты, резервуары, регулирующая арматура),
расходы воды от различных потребителей, назначенные в соответствующие узлы сети. При проведении гидравлических расчетов по расширенному (24-часовой) режиму системы необходимо указание графиков потребления воды в соответствии с типом потребителя (детский сад, жилой дом, промышленное предприятие и др.),
топографическая информация (геодезическая сеть или координаты),
информация о системе управления,
логика принимаемых решений диспетчерами.
Вывод: Основной задачей моделей является моделирование потока воды, оценка давления и расхода в различных точках системы, а также анализ работы
насосных станций, резервуаров и оптимизация распределения воды для обеспечения эффективной работы.
Комплекс программного обеспечения 7и1иИуёго играет важную роль в разработке моделей систем водоснабжения, позволяя проводить различные гидравлические расчеты и создавать математические модели сетей водоснабжения любой сложности.
В статье содержится описание каждого этапа разработки модели, что позволит более детально и качественно построить гидравлическую электронную модель системы водоснабжения. Это в свою очередь приведет к улучшению качества и точности проектирования будущего объекта, анализа текущей ситуации и разработке плана мероприятий для улучшения работы системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Егорова Ю.А., Коневский Е.В., Васьковский А.В., Зайко В.А. Опыт использования геоинформационных технологий и программно-расчетных комплексов при поиске неучтенных потерь воды в системе водоснабжения г. Самары // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 8. С. 45-50;
2. Чупин Р. В., Фам Н.М. Оптимизация структуры и параметров развивающихся систем группового водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 2019. № 1. С. 30-37;
3. Шишов С.Ю., Иванов В.М., Бычков Д.А., Незамаев Е.А. Гидравлическая модель для контроля и управления режимом работы системы водоснабжения г. Тюмени // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. № 6. С. 59-65;
4. Шушкевич Е.В., Бастрыкин Р.И., Алешина Е.В., Безрукова М.Р. Управление системой водоснабжения г. Москвы: опыт реализации гидравлического моделирования водопроводной сети // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 3-1. С. 4-9;
5. Юдин М.Ю., Хямяляйнен М.М., Смирнова С.В., Русанова Е.В. О правилах разработки электронных моделей систем водоснабжения и водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 2019. № 3. С. 48-52;
6. Постановление Правительства Российской Федерации от 5 сентября 2013 года N 782 «О схемах водоснабжения и водоотведения».
Medvedev E. V., Orlova N.A.
Medvedev E.V.
Russian State Agrarian University (Moscow, Russia)
Orlova N.A.
Russian State Agrarian University (Moscow, Russia)
DEVELOPMENT OF HYDRAULIC ELECTRONIC MODELS OF WATER SUPPLY
Abstract: the purpose of this study is to create electronic hydraulic models of the water supply system, which will be used to analyze and optimize the operation of the system. Models allow you to predict the behavior of the system, evaluate its performance, identify potential problems and find optimal solutions. Such models help to improve the efficiency and reliability of the water supply system.
Keywords: water supply systems, drainage system, hydraulic calculation, electronic model, geoinformation system.
