CC BY
8
Razumov Alexander Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, senior researcher, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, A.F. Mozhaisky Military Space Academy,
Makhonin Alexander Borisovich, candidate of technical sciences, docent, senior researcher, Russia, St. Petersburg, A.F. Mozhaisky Military Space Academy,
Gogolevskii Anatolii Sergeevich, candidate of technical sciences, senior researcher, Russia, St. Petersburg, A.F. Mozhaisky Military Space Academy
УДК 004.04
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-137-140
РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Р.В. Романов, С.С. Кочеткова
В представленной работе определены условия влияния бактериологического состава воды на техническое состояние труб. Разработана параметрическая модель взаимосвязи технического состояния централизованного водоснабжения от значений химического и бактериологического состава воды. Определено, что необходимо учитывать гидродинамические факторы, поскольку при долгих простоях воды снижается содержание кислорода, и активизируются анаэробные восстановительные процессы, а увеличение давления может свидетельствовать о коррозии и высоком зарастании участка водопроводной сети. Проведен парный корреляционный анализ показателей состава воды от санитарно-технического состояния водопроводной сети по критерию Пирсона.
Ключевые слова: техническое состояние труб, параметрическая модель, химический и бактериологического состав воды.
Объект исследования и постановка задачи. Возросшее антропогенное воздействие на окружающую среду, влекущие загрязнение водоемов и источников водоснабжения, недостаточно эффективная работа водопроводных сооружений, износ сетей водоснабжения и нарушение их эксплуатации приводит к неудовлетворительной саниторно-эпидемиологической обстановке и обуславливает высокий риск здоровью населения [1]. В настоящее время становятся наиболее актуальными проблемы питьевого водоснабжения, в том числе изменение качества питьевой воды в системах при централизованном водоснабжении [2,3]. Проблема в некоторых регионах носит кризисный характер. В связи с этим совершенствуется нормативная база охраны водных ресурсов, вводятся новые подходы к оценке качества питьевого водоснабжения, применяются интегральные оценки качества по химическим и бактериологическим параметрам для снижения рисков заболеваемости населения, связанных с водным фактором.
В зарубежной и отечественной литературе отмечается негативное воздействие ряда микроорганизмов на техническое состояние водопроводных труб, что в свою очередь приводит к ухудшению качества питьевой воды [4,5]. В настоящее время основное внимание уделяется процессам коррозии стали, из которой изготовлено большинство водопроводных труб. Однако влияние на качество воды железа и пластика остается без внимания. Кроме этого не менее актуальным является оценка состояния водопроводной сети и запорной арматуры в системе централизованного водоснабжения, оценить которое можно с помощью химического и бактериологического состава воды. Химический состав воды исследуется на этапах забора воды из источника и перед подачей в распределительную сеть [6]. Однако оценка химического состава воды централизованного водоснабжения перед подачей абоненту не оценивается. Контроль качества воды в распределительной сети непосредственно перед подачей ее потребителям проводится только по физическим (органолептическим) и микробиологическим показателям, и его частота определяется количеством жителей населенного пункта. На качество воды в централизованной системе водоснабжения влияет интенсивность и проток воды [7]. Это связано с тем, что при долгих простоях воды снижается содержание кислорода, и активизируются анаэробные восстановительные процессы.
Целью работы является разработка параметрической модели взаимосвязи технического состояния централизованного водоснабжения от значений химического и бактериологического состава воды на всех участках разводящей водопроводной сети, а также влияние гидравлических факторов.
Разработка параметрической модели. Для исследований была разработана экспериментальная установка из различных труб водопроводной сети. В установке использовалась металлопластиковая труба, новая металлическая труба, труба после 50 лет эксплуатации.
Химический анализ качества воды проводился по таким показателям как цветность, мутность, жесткость, электропроводность, солесодержание хлоридов, концентрация железа. Анализ проводился согласно СанПиН 2.1.4.1074 - 01 [8] и методическим указаниям МУК 4.2.1018—01 [9]. Исследование воды на солесодержание и минерализацию проводилось с помощью кондуктометра С0М-80. На рисунке представлена структурная схема параметрической модели технического состояния централизованного водоснабжения.
Электропроводность воды формируется на таких показателях как температура воды, жесткость минерализация. Минерализация воды зависит от содержания ионов натрия, кальция, хлора, калия, гидрокарбоната, сульфата [11].
В химический состав входит помимо указанных выше ионов двух и трех валентное железо. Содержание железа выделено отдельно, так как экспериментально выяснено, что его содержание не влияет на электропроводность.
В бактериологический состав входят железо и марганец бактерии, которые вызывают микробную коррозию и непосредственно влияют на техническое состояние водопроводной сети [12].
Гидродинамические параметры централизованной сети водоснабжения формируются из данных фиксируемых счетчиками о протоке воды на участках распределенной водопроводной сети, а также параметров гидравлического давления, фиксируемых датчиками.
Структурная схема параметрической модели
Гидродинамические параметры, являются не менее важными, так как при долгих простоях воды снижается содержание кислорода, и активизируются анаэробные восстановительные процессы, а увеличение давления может свидетельствовать о коррозии и высоком зарастании участка водопроводной сети [13]. Кроме того, принимая во внимание направленное движение воды в системе централизованного водоснабжение и регистрируя изменения бактериологического состава воды в пространстве, можно локализовать место возникновения бактерий.
Результаты исследований. Для построения параметрической модели взаимосвязи технического состояния централизованного водоснабжения от значений химического и бактериологического состава воды целесообразно выделить еще такие показатели как электропроводность воды и гидродинамические характеристики сети водоснабжения.
Полученные данные были предварительно обработаны и произведены расчёты коэффициентов линейной парной корреляции по методу Пирсона. Оценка достоверности коэффициента корреляции бралась с вероятностью у= 0,95.
По данным полученным в ходе эксперимента выявлено, что между показателями на хлор во всех типах труб отсутствует или минимальная линейная корреляционная связь.
По показателям жесткости воды наблюдается положительная корреляционная зависимость (rXY=0,7), между пробами воды в металлопластиковой и железной трубе.
По показателям содержания железа наблюдается положительная корреляционная зависимость (гХУ=0,3) между пробами воды в металлопластиковой и железной трубе, причем в пробах из металлопластиковой трубы содержание железа выше, чем в стальных трубах.
138
Для бактериологического анализа различных микроорганизмов геохимического цикла железа и марганца в воде использовали метод предельных десятикратных разведений. Количественное определение различных форм железа и марганца в исследуемой воде проводили колориметрическими методами.
Средняя концентрация железа в трубе новой металлической трубе 1,1мг/л, а в воде из металлопластиковой трубы 1,9 мг/л. в состав которой железо не входит. Наблюдается положительная корреляционная зависимость. Это связано вероятнее всего с активной колонизацией железобактерий на пористых внутренних стенках металлопластиковой трубы. Металлопластиковая труба обладает благоприятными свойствами для размножения бактерий: отсутствие в своем составе бактериостатических веществ, а также пористость внутренней стенки пластиковой трубы, что обеспечивает высокую адгезию микроорганизмов.
Заключение. В данной статье проведен парный корреляционный анализ показателей состава воды от санитарно-технического состояния водопроводной сети по критерию Пирсона. Выявлена корреляционная связь между качеством воды в стальной трубе используемой более 50 лет, новой стальной трубой и трубой из металлопластика. Наблюдается отсутствие корреляционной связи по показателю свободного хлора и положительная корреляционная связь по показателям железа и жесткости. Это связано с активной колонизацией железобактерий на пористых внутренних стенках металлопластиковой трубы. Определены условия влияния бактериологического состава воды на техническое состояние труб. Разработана параметрическая модель взаимосвязи технического состояния централизованного водоснабжения от значений химического и бактериологического состава воды. Определено, что необходимо учитывать гидродинамические факторы, поскольку при долгих простоях воды снижается содержание кислорода, и активизируются анаэробные восстановительные процессы, а увеличение давления может свидетельствовать о коррозии и высоком зарастании участка водопроводной сети. Во время отключения воды в централизованной системе водоснабжения или на отдельных её участках в моменты проведения ремонтно-профилактических работ в трубах резко увеличивается концентрация различного рода бактерий и скорость развития окислительных процессов (коррозия внутренних стенок труб). Поэтому для коррекции получаемых оценок санитарно-технического состояния централизованной системы водоснабжения необходимо акцентировать внимание на показатели качества воды в моменты до и после отключения подачи водоснабжения при проведении ремонтно-профилактических работ.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ МК-1800.2022.1.6
Список литературы
1. Тулакин А.В., Цыплакова Г.В., Амплеева Г.П., Козырева О.Н., Пивнева О.С., Трухина Г.М. Региональные проблемы обеспечения гигиенической надежности питьевого водопользования // Гигиена и санитария. 2016. Т. 95. № 11. С. 1025 - 1028.
2. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2020 году: Государственный доклад. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2021. 299 с.
3. Романов Р.В. Алгоритм прогнозной оценки негативных изменений подземных вод // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022 Вып. 3, С.288 - 291.
4. Lopez F.A., Perrin S., Feron D. Adual-electrochemical cell to study the biocorrosion of stainless steel // WaterScienceTechnology, 2007. 55 (8-9) Р. 499 - 504.
5. Мысякин А.Е., Королик В.В. Зависимость качества питьевой воды от режимов водопользования и типов водопроводных труб. // Гигиена и санитария. 2010. № 6. С. 31 - 33.
6. Павлов Ю.Н., Кузьминский Р.А. Исследование вопросов мониторинга систем водоснабжения. Проблемы и пути их решения // Наука и техника транспорта. 2016. №4. С. 48 - 53.
7. Simukonda, K.; Farmani, R.; Butler, D. Intermittent water supply systems: Causal factors, problems and solution options // Urban Water J. 2018, 15. P. 488-500.
8. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. [Электронный ресурс] URL: https://in.minenergo.gov.ru/upload/iblock/6db/6dbca5a7d3f84b4a210f53160abeeb83.pdf (дата обращения: 10.05.2022).
9. Методические указания МУК 4.2.1018-01 Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды. [Электронный ресурс] URL: https://docs.cntd.ru/document/1200029648 (дата обращения: 10.05.2022).
10. Шилова З. В., Шилов О.И. Теория вероятностей и математическая статистика: учебное пособие. Киров: Изд-воВГГУ, 2015.158 с.
11. Kuzichkin, O.R., Romanov, R.V., Dorofeev, N.V., Grecheneva, A.V., Vasilyev, G.S. The organisation of control over non-centralized water supply under the risk of groundwater dynamics distuibance in karst areas. //Journal of Water and Land Development, 2020, 47(1), 113 - 124.
12. Мысякин А.Е., Королик В.В. Проблемы обеспечения качественного состава питьевой воды в зависимости от типов водопроводных труб и режимов водопользования. // Здоровье населения и среда обитания ЗНиСО. 2010. № 3 (204). С. 36 - 40.
13. Некрасов А.В. Компьютерное моделирование гидродинамических процессов систем водоснабжения: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2014. 309 c.
Романов Роман Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, romanov.roman.5@yandex.ru, Россия, Владимир, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых,
Кочеткова София Сергеевна, студент, kochetkova.sofia23@mail.ru, Россия, Владимир, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
DEVELOPMENT OF A PARAMETRIC MODEL OF THE TECHNICAL CONDITION OF CENTRALIZED WATER SUPPLY
R.V. Romanov, S.S. Kochetkova
In the presented work, the conditions for the influence of the bacteriological composition of water on the technical condition of pipes are determined. A parametric model of the relationship between the technical condition of centralized water supply and the values of the chemical and bacteriological composition of water has been developed. It is determined that it is necessary to take into account hydrodynamic factors, since the oxygen content decreases during long water downtime, and anaerobic recovery processes are activated, and an increase in pressure may indicate corrosion and high overgrowth of a section of the water supply network. A paired correlation analysis of water composition indicators from the sanitary and technical condition of the water supply network according to the Pearson criterion was carried out.
Key words: technical condition of pipes, parametric model, chemical and bacteriological composition
of water.
Romanov Roman Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, docent, romanov.roman. 5@yandex. ru, Russia, Vladimir, Vladimir State University,
Kochetkova Sofia Sergeevna, student, kochetkova.sofia23@mail.ru, Russia, Vladimir, Vladimir State
University
УДК 681.5.015.42
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-140-145
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ НА ОСНОВЕ МЕТОДА НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ
Д.Н. Воронцов
В статье рассматривается возможность улучшения способа применения алгоритмов идентификации на основе метода наименьших квадратов с целью получения более достоверных сведений о системе. Исследуемый метод применяется к дискретной авторегрессивной модели со скользящим средним как к наиболее общему виду дискретных передаточных функций линейного объекта или его части, измеряемыми параметрами являются вход и выход объекта с учётом измерительного шума. Изучается проблема распознавания вектора параметров входного сигнала и предлагается её решение. В заключении предлагается прикладное применения алгоритма идентификации параметров объекта с целью восстановления измеряемого выходного сигнала при помощи объединения с алгоритмом фильтрации Кал-мана.
Ключевые слова: идентификация, математическое моделирование, нестационарные системы, фильтрация.
Введение. В современном судостроении и эксплуатации судов техническая диагностика судового оборудования приобретает особую актуальность ввиду износа с одной стороны и усложнения с целью повышения производительных мощностей с другой, что влечёт за собой неизменное повышения числа дефектов - их число, например, для дизельных и газотурбинных двигателей может составлять несколько десятков [1-3]. Неизбежным следствием увеличения числа диагностируемых дефектов является увеличение числа измеряемых параметров объекта, которые не всегда поддаются прямому измерению ввиду конструкционных особенностей, составляющих объект элементов, вследствие которых отсутствует возможность подведения датчиков к местам измерения. В таком случае, система представляет собой чёрный ящик с известной структурой и доступными для измерения сигналами входа и выхода. Тогда, для определения значений внутренних параметров системы часто применяются математические методы,
