Особливості формування зон недостатніх напорів в системах подачі і розподілу води

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ ЗОН НЕДОСТАТНІХ НАПОРІВ В СИСТЕМАХ ПОДАЧІ І РОЗПОДІЛУ ВОДИ

Українець М.О., доцент, Сокольник В.І., доцент, Добровольська О.Г., старший викладач (Запорізька державна інженерна академія)

В статті подаються результати дослідження умов утворення та розмірів площі зон недостатнього напору в мережі, розміщення та кількості контрольних вузлів на ній в залежності від рельєфу місцевості, структури розміщення водоживлювачів.

The purpose of work is research of conditions and the sizes of the area of zones of an insufficient pressure in a network on accommodation and quantity of control units on it depending on different factors(a lay of land, structure of accommodation of water-consumers).

Водопровідна мережа є одним із основних елементів системи подачі та розподілу води. На даний момент значна кількість ділянок водопровідних мереж у більшості міст України мають значний термін експлуатації і тому не здатні пропустити необхідну кількість води під необхідним напором в результаті заростання труб, пошкоджень. Також в деяких випадках має місце невідповідність пропускної здатності окремих ділянок новим умовам водоспоживання, яка виникають при будівництві нових житлових районів, зміненні інфраструктури. Це приводить до виникнення перебоїв у водопостачанні: нестачі води, що зумовлюється зниженням напорів нижче потрібних в одних районах і втратами води внаслідок надлишкових напорів в інших. Тому дуже важливо прогнозувати межі зон недостатніх напорів як на стадії проектування мереж, так і в процесі експлуатації.

На утворення цих зон впливають такі фактори як термін експлуатації, який позначається на гідравлічних характеристиках трубопроводів; динаміка водорозбору, яка змінюєтьсяі при забудові нових житлових районів і зміні умов водоспоживання та водоживлення; характер рельєфу місцевості [1,2].

Оскільки розміри можливих зон недостатніх напорів залежать від факторів, які змінюються в процесі експлуатації, межі таких зон змінюються у часі. Для того, щоб оперативно керувати роботою мережі, на межі можливих зон недостатніх напорів необхідно передбачити контрольні вузли з датчиками тисків для передачі оперативної інформації в диспетчерські служби. Це дозволить своєчасно оперативно реагувати на неприпустимі коливання напорів в мережі.

Розглянемо як змінюється кількість і розміри зон недостатніх напорів в залежності від характеру рельєфа місцевості та при зміні умов живлення мережі.

Визначення впливу рельєфу місцевості на розміри зон недостатнього напору і розташування контрольних вузлів виконувались для водопровідної мережі, яка складається із 9 кілець та 26 ділянок (рис.1) за наступною методикою:

- виконувався гідравлічний розрахунок мережі та визначалась невигідна точка для вихідної мережі;

- моделювались зміни опору окремих ділянок мережі на основних магістралях шляхом зменшення діаметру на 20 %;

- виконувався гідравлічний розрахунок мережі після зміни опору окремих ділянок;

- розраховувались п,єзометричні позначки у вузлах мережі відносно точки живлення №3;

- визначались довжини ділянок магістралей, які потрапили в зону недостатнього напору, графічним методом при побудуванні п,єзометричних ліній та аналітичним методом за формулою[1]:

, (1)

де -відстань від невигідної точки до точки живлення.м;

- напір біля місця розташування водонапірної башти. м;

- потрібний напір, м;

- ухил місцевості;

- гідравлічний ухил при збільшенні опору мережі,

- при дослідженні впливу рельєфу моделювалось змінення ухилу місцевості від початкового до нульового (рівнина) із кроком 20 %;

- при відомих п,єзометричних позначках були знайдені вільні напори у вузлах;

- розраховувались площі зон недостатніх напорів і кількість мешканців , які можуть залишитися без води, а також кількість води, яку не доотримують споживачі для кожного варіанту зміни рельєфу місцевості.

Зміни опорів ділянок в процесі експлуатації моделювались на двох напрямах: перший-3-1-2-5-9-13, другий-3-1-6-10-14-15. Невигідним вузлом для початкового варіанту виявився вузол 15. Розрахунки показали, що зростання опорів на окремих ділянках при збереженні напору у вузлі №3 приводить до недостатніх напорів в ряді вузлів: вузол №5-7,65 м, №13-1,69м, №9-5,89 м, №14-4,51 м, №10-6,86 м.

Результати дослідження впливу рельєфу місцевості на розміри зон недостатніх напорів представлені у таблиці 1.

Таблиця 1 - Вплив рельєфу місцевості на розміри зон недостатнього тиску

Аналіз отриманих результатів показав, що у водопровідній мережі на довжину зон недостатнього напору при місцевості з постійним ухилом впливатимуть лише втрати напору на ділянці (гідравлічних ухил в мережі) і власне довжина ділянки. При зміні ухилу місцевості з підйомом до точки живлення на довжину зони недостатнього напору впливатимуть також величини вільних напорів в мережі.

З результатів дослідження впливу зміни рельєфу місцевості на розмір зон недостатніх напорів видно, що при зменшенні ухилу місцевості від точки підключення водоводів до невигідної точки в межах від і = 1,2 ч 2 по відношенню до початкового ухилу розмір зони недостатнього напору збільшується від 3416 м2 до 4380 м2.

Для дослідження впливу розміщення водоживлювачів на гідравлічні характеристики мережі була вибрана мережа (рис. 2), яка складається із 45 ділянок та 14 кілець. Дослідження виконувались для наступних варіантів:

- вихідний варіант при умові живлення мережі у вузлі №1: без зміни водовідбору (варіант1а) та при зміні водовідбору (варіант1б);

- при зміні розташування одного водоживлювача (вузол 8): без зміни водовідбору - варіант 2а; при зміні водовідбору - варіант 2б;

- при зміні кількості водоживлювачів (вузли 1 та 8): без зміни водовідбору - варіант 3а; при зміні водовідбору - варіант 3б;

- при зміні кількості та розташуванн водоживлювачів (вузли 6 та 11): без зміни водовідбору - варіант 4а; при зміні водовідбору - 4б.

Згідно із методикою досліджень моделювалась зміна водовідбору у мережі шляхом зменшення навантаження у вузлах 4, 5, 7, 9-11, 14, 15 та збільшення у вузлах 13, 19, 20, 26, 27, 29. Після гідравлічних розрахунків визначення п,єзометричних позначок у вузлах мережі для варіантів без зміни водовідбору виконувалось відносно невигідної точки, для варіантів із зміною водовідбору - відносно вузла живлення. Розрахунки показали, що для всіх варіантів зміни водовідбору вузлами з недостатнім напром є вузли 23, 24, 25, 26, в яких не виконується умова .

За результатами дослідження були визначені наступні показники, які приведені в таблиці 2: площа зони недостатнього напору F, коефіцієнт врахування зниження інтенсивності водовідбору , значення витрати після зниження напору , витрат води, яка розбирається в зоні недостатнього напору , зниження водовідбору , зміна витрати в зоні недостатнього напору .

Аналіз отриманих результатів показав, що при зміні водовідбору для всіх варіантів розташування водоживлювачів кількість контрольних вузлів доцільно збільшити до 4 для забезпечення контролю напорів. При цьому показники витрат води в зоні недостатнього напору для різних варіантів розташування водоживлювачів розглянутої реальної мережі майже не змінюються.

Таким чином:

- в процесі експлуатації водопровідної мережі можуть виникати неочікувані зони недостатнього напору;

- розміри зон недостатнього напору зі зменшенням ухилу місцевості і збільшенням терміну експлуатації зростають;

- розміри зон недостатнього напору в залежності від діючих факторів можуть бути досить значними (довжиною 1,5-4,5 км і площею в кілька тисяч м2);

- прогнозування розмірів і місць виникнення зон недостатніх напорів дозволяє визначити кількість і місця розташування контрольних вузлів для оперативного управління потокорозподілом в мережі.

Таблиця 2

Вплив зміни розташування водоживлювачів на площу зон недостатніх напорів і недодачу води споживачу

напір водопровідний мережа

- на розміри зон недостатнього напору може впливати розташування зосереджених витрат на мережі та зміна їх величини і положення.

- прогнозування розмірів і місць виникнення зон недостатніх напорів дозволяє визначити кількість і місця розташування контрольних вузлів для оперативного управління потокорозподілом в мережі.

Запобігання виникнення зон недостатніх напорів у водопровідній мережі шляхом прогнозування можливої зміни розташування і кількості контрольних вузлів на ній в залежності від вищевкввазаних факторів дозволяє забезпечити мінімізацію часу для оперативних заходів по управлінню потокорозподілом в мережах.

Література

1. Сокольник В.І., Українець М.О., Добровольська О.Г. О влиянии рельефа местности на размеры зон недостаточного напора в водопроводных сетях//Коммунальное хозяйство городов. Выпуск 74. Серия: Технические науки и архитектура. - Киев: Техника, 2007.-С.129-135.

2. Добровольська О.Г., Українець М.О., Сокольник В.І. Взаємозв,язок геодезичних позначок місцевості і площі зон недостатніх напорів у водогінній мережі//Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки. Випуск 2.-Київ:КНУБА, 2003-С.26-29.

Размещено на Allbest.ru