Методика прогнозирования нарушения работоспособности водопроводных сетей

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАРУШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Шишмаков С.Ю.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия

Сафронов А.Г.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия

Насчетникова О.Б.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия Статистические данные аварий на водопроводе г. Екатеринбурга показывают, что 95% повреждений городской водопроводной сети, приводящих к изливам воды, связаны с разгерметизацией водопроводов. Причиной нарушения герметичности являются в основном сквозные свищи на стальных водопроводах, расхождение труб в раструбах и переломы на чугунных, пластмассовых и керамических трубопроводах.

Анализ работы водопроводной сети города показывает, что реальные сроки службы труб из различных материалов весьма отличаются от нормативных. Состав и порядок технического обслуживания, ремонта и реконструкции муниципальных систем водоснабжения РФ, содержащиеся в нормативных документах, и нормативное обеспечение работ материальнотехническими и финансовыми ресурсами не соответствуют реальным затратам. Поэтому необходимо учитывать реальные условия эксплуатации трубопроводов системы водоснабжения города.

Статистические данные показывают снижение интенсивности отказов при увеличении диаметров труб и повышение интенсивности отказов при увеличении срока эксплуатации. Отмечается относительное постоянство интенсивности отказов в пределах 10-17 лет эксплуатации сети. Затем независимо от материала труб интенсивность аварий резко возрастает. Это относится к работе трубопроводов всех диаметров и для всех районов водопроводной сети. Причем вероятность отказа участка трубопровода в настоящий момент зависит от наличия и интенсивности отказов в прошлом.

Основным фактором, влияющим на аварийность трубопроводов, оборудования (арматуры) и безвозвратные потери воды, является величина давления (напора) воды на участке сети. Напоры в водопроводной сети меняются в диапазоне 15-70 м. вод.ст. для снижения риска возникновения аварий с изливом необходимо осуществлять мероприятия, направленные на регулирование величин свободных напоров по часам суток.

Обобщение опыта работы МУП «Водоканал» г. Екатеринбурга последних лет показывает, что условия эксплуатации и критериальные факторы, нарушающие надежность трубопроводов городского водопровода по степени их влияния на надежность труб, могут быть отнесены к двум группам.

В первой группе важнейших факторов:

материал труб и его качество;

диаметр трубопровода;

год укладки;

наличие внешнего и внутреннего антикоррозийного покрытия;

величина и динамика изменения напоров в сети.

Во второй группе статистически менее важных факторов:

грунтовые условия;

наличие блуждающих токов;

интенсивность автомобильного движения;

качественные показатели воды;

плотность наземной и подземной инфраструктуры;

сезон года.

Все перечисленные факторы оказывают отрицательное воздействие на трубопроводы в разной степени. Однако степень воздействия непостоянна и зависит от сочетания данных факторов, которое может меняться с течением времени. Данные факторы нужно учитывать при проектировании и эксплуатации сетей, поэтому обширная информация по воздействующим факторам должна накапливаться в специально созданной базе данных. В большинстве случаев невозможно получить численные показатели воздействия данных факторов. Поэтому единственно возможный путь получения количественных признаков нарушения работоспособности трубопроводов - статистическая оценка работы городского водопровода [1, 2].

Методически это может быть выполнено следующим способом, предложенным авторами.

Надежность участка сети принято оценивать с помощью вероятности аварии (или безотказности работы) [3]. При этом считается, что аварии распределены в соответствии с законом Пуассона [4], который можно записать в виде

aX ea

P (x)= a-^; a = It

В этой формуле Fl (X) - вероятность наступления Х аварий за время t, e - основание

натурального логарифма, i - параметр Пуассона.

Ниже объясняется смысл участвующих в формуле величин и способ получения их значений.

Допустим, что имеется статистика числа аварий (Xi) на участке по годам (i):

Х1, Х2, ..., Xi, ..., Xt-1, Xt.

Xi = 0, 1, ..., K.

Вычислим

a = ^ Xt; i = a - среднее число аварий за год

t=1 t

Вероятность того, что в данном промежутке времени длительностью t лет, произойдет Хаварий (при среднем числе аварий в году 1) будет равна Pt(X).

В частности при t = l получаем a = l и

X-l

p, (x )_Ll. . l X!

Вероятность отсутствия аварий можно посчитать по формуле

/0 -l

P (0)_

Если мы хотим оценить вероятность Х аварий в (t+1) году, используя статистику за предыдущие t лет, то сначала желательно определиться с тем, какой будет величина lt+1. Для этого можно поступить следующим образом.

Сначала определяется среднее ускорение b изменения величины l за год:

b _ 2(a, + 0t) t2

где ai - суммарное число аварий за период t; l0 - «накопленное» начальное значение l (если t не совпадает с возрастом трубопровода; если совпадает с возрастом, то l0 = 0).

Вычисляется суммарное число аварий за время (+1) лет.

lX ePi _ —

l X!

Определяется

l _

t+1 t+1

Вычисляется

Кроме того, на практике возникают задачи сопоставления, соответственно, физических измерений и статистики аварийности. Для решения этой задачи необходим мониторинг сети, в основе которого лежит база данных.

Исходя из классификации факторов, снижающих надежность водопроводных сетей, в состав базы данных должно входить:

графически выполненная карта города;

соответствующий карте план сетей;

набор данных, характеризующий участок.

В свою очередь набор данных, характеризующих участок, может включать:

сведения об участке (колодцы и камеры, элементы благоустройства и другие сведения по усмотрению);

данные о трубах;

данные о внутренней среде труб (степень зарастания, агрессивность воды и пр.);

данные о внешней среде труб (подземные воды и глубина их залегания, интенсивность транспортных и пассажиропотоков, тип грунта и т. д.);

гидравлические показатели транспортируемой воды (скорость, напор, объем, динамика изменения напоров и т. д.).

База данных - это основной носитель и источник текущей информации о сети и информации о ее прошлом, является основой системы мониторинга сети. При определении состава базы данных главным является достаточность показателей для оценки надежности. Критериальная оценка данных определяет назначение базы данных, которое состоит в том, чтобы сформировать связь имеющейся в базе информации с оценкой надежности и сопутствующих ей свойств сети. Иными словами, база данных должна стать инструментом для формирования критериев надежности сети.

Библиографический список

Найманов А.А. О надежности систем водоснабжения и водоотведения. Водоотведение и санитарная техника. 2005, №5

Гальперин Е.М., Полуян В.И., Чувипин В.И. Надежность систем водоснабжения и водоотведения. Водоснабжение и санитарная техника, 2006, №9

Абрамов Н.Н. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды. М.: Стройиздат,

1972.

Абрамов Н.Н. Надежность систем водоснабжения. М.: Стройиздат, 1979 - 231 с.

Количество показов: 1942