Автоматизированная программа выбора объекта реконструкции на водопроводной сети города

12 мая 2016 г.

Современное состояние городских трубопроводных сетей систем водоснабжения в РФ и других странах мира можно охарактеризовать как неудовлетворительное, так как свыше 60% трубопроводов требуют неотложного ремонта или замены, в основном по причине ветхости и различного рода дефектов (повреждений). Такое состояние инженерных сетей приводит к негативным последствиям, к числу которых, в первую очередь, относятся чрезвычайные ситуации на трубопроводном транспорте (аварии), сопровождающиеся значительными утечками воды, подъемом уровня грунтовых вод, подтоплением территорий, нарушением транспортных потоков. Все это влечет за собой материальный ущерб (затраты на ликвидацию аварий, штрафы), экологический ущерб (изменение гидрогеологического режима территорий, повышение коррозионной активности грунтов), социальные издержки (неудовлетворительное качество услуг по водоснабжению и водоотведению) и т. п.

Перед проектировщиками стоит сложная задача, заключающаяся в выборе наиболее ущербного с технической точки зрения участка сети (ее составной части между двумя смежными колодцами) из огромного числа находящихся в ветхом состоянии. Такие участки называют первоочередными или приоритетными для реновации.

В качестве базового примера решения описанной задачи представлена схема водоснабжения виртуального населенного пункта А (рисунок ниже), водопроводная сеть которого эксплуатируется много лет и должна быть исследована на предмет реновации с выявлением первоочередных и приоритетных объектов восстановления. Система водоснабжения населенного пункта представлена комплексом инженерных сооружений, включающих речные водозаборные сооружения, станцию водоподготовки, водоводы, наружную водопроводную сеть.

Упрощенный генплан населенного пункта А с водопроводной сетью

3.1

Водопроводная сеть выполнена из чугунных труб, включает 12 замкнутых контуров (колец) и 31 участок. Для каждого участка водопроводной сети на стадии проектирования произведено предварительное распределение расходов, назначены соответствующие диаметры, произведена увязка сети (гидравлический расчет) и получены необходимые данные о свободных напорах в различных ее точках. Диаметры трубопроводов на участках сети составили: 600 мм (водоводы), 500, 400, 300, 250 и 200 мм.

Для работы с автоматизированным программным комплексом пользователю предоставляются все необходимые для заполнения паспорта ранжирования сведения о качественных показателях воды, начиная от станции водо- подготовки и заканчивая самыми удаленными от нее точками водоразбора. Данные мониторинга качества воды изымаются из соответствующих архивов стационарных городских пунктов отбора проб и представляются как усредненные за несколько лет. Также представляется проектная информация о глубинах залегания трубопроводов и другие данные, получаемые путем инвентаризации сетей (в частности, годы укладки участков водопроводной сети).

В распоряжение пользователя должны предоставляться также геологические и гидрогеологические карты местности, карты плотности населения, интенсивности транспортных и пассажиропотоков, рисунки ниже.

Гидрогеологическая карта местности

3.2

Геологическая карта местности с преобладающими грунтами

3.3

Карта плотности населения

3.4

Карта интенсивности движения транспорта

3.5

После изучения всей исходной информации, отраженной на схеме водоснабжения, использования расчетных и проектно-изыскательских данных (по геологии, гидрогеологии и др.) пользователь программными комплексами заполняет электронный паспорт ранжирования участков сети, рисунок ниже.

Диалоговое окно программы выбора объекта реновации на напорных трубопроводах

3.6

Ниже приведена последовательность операций при работе с автоматизированной программой, включающая распечатку промежуточных и окончательных результатов.

1. Запустить программу поиска объектов реновации водопроводных сетей.

На экране дисплея появляется таблица для построчного ввода исходных данных для рассматриваемых участков водопроводной сети, ограниченных колодцами. Над таблицей высвечивается меню: F4 (Правка) и Shift + F4 (Добавить строку).

2. Нажать одновременно клавиши Shift и F4, затем F4.

На экране появится вторая таблица «Паспорт ранжирования», куда в определенной последовательности заносится полная информация для первого из рассматриваемых участков (с указанием номера колодца в верхних окнах) по 11 позициям. Выбор тех или иных значений параметров из числа предлагаемых производится указанием на них курсором и щелчком левой клавишей мышки. Нажатием кнопки Ok или Печать, размещенные в нижней части экрана, производится соответственно возврат к первой таблице, где информация из паспорта ранжирования помещается в определенную кодированную строку для суммирования баллов. При необходимости распечатки документа нажать кнопку X.

3. Нажать одновременно клавиши Shift и F4.

На экране дисплея снова появляется первая таблица и новая строка для внесения исходной информации по второму участку.

4. Нажать клавишу F4 и провести необходимые операции (п. 2) для второго участка. По завершении выполнить операции (п. 3) для внесения исходной информации по третьему участку и т. д. до последнего из числа имеющихся.

5. После заполнения всей исходной информации по всем рассматриваемым участкам и занесения ее в кодированные строки в верхнем правом углу дисплея, отображающего первую таблицу, нажать кнопку X. Появляется итоговая таблица ранжирования с указанием балла значимости участков и выделенным жирной строкой приоритетным участком.

6. Для удаления или замены любой построчной информации первой таблицы выполнить п. 1, а затем выделить соответствующую строку и нажать клавишу Esc.

В таблице ниже представлена итоговая распечатка результатов работы автоматизированного программного комплекса по ранжированию участков водопроводных сетей с закодированной строчной исходной информацией, так же приведен пример распечатки исходных паспортных данных первоочередного объекта восстановления (участок 10-12), как имеющего наибольший балл значимости. 

Итоговая таблица ранжирования участков водопроводных сетей по балльной системе

t3.1

Паспорт ранжирования участков водопроводных сетей по балльной системе (участок, ограниченный колодцами 10—12)

1.

Станции катодной защиты

Нет

2.

Показатели качества воды:

 

 

а) pH

=7

 

б) общее железо, мг/л

>0,2

 

в) растворенный кислород, мг/л

<10

 

г) остаточный хлор, мг/л

<0,3

 

д) хлориды, мг/л

<30

 

е) сульфаты, мг/л

<50

3.

Наличие подземных вод

Есть (трубопровод частично под горизонтом вод)

4.

Глубина заложения труб, м

2-4

5.

Тип грунта

Влажный пылевидный с глинистыми включениями

6.

Величина давления воды, м

26-35

7.

Интенсивность транспортных потоков

Высокая

8.

Гидравлические характеристики (через диаметр труб, мм)

250-400

9.

Год укладки, лет

15-20

10.

Плотность населения, чел./га

Высокая

11.

Диаметр труб, мм (через толщину стенки)

100-450

Общая сумма баллов — 2051

Полученные в результате автоматизированного расчета результаты подлежат анализу, который заключается в построении специальных диаграмм распределения участков водопроводных сетей по приоритетности реновации. Согласно произведенному автоматизированному расчету в таблице выше, абсолютный приоритет среди всех участков водопроводной сети, рассматриваемой на предмет реновации, имеет участок 10-12 с наивысшим баллом 2051. В наилучших условиях находится участок 7-8, имеющий минимальный балл —1919.

На базе данных итоговой таблицы, построена диаграмма распределения участков водопроводной сети по приоритетности реновации с порядковыми номерами участков, указывающими очередность ремонтно-восстановительных работ на них, рисунок ниже. Из диаграммы следует, что приоритетными для реновации после первоочередного 10-12 являются следующие участки (по убыванию баллов): 9-13, 5-10, 9-10,12-13 и т. д. Наименьший приоритет реновации имеет участок 7-8 (1919 балла).

График приоритета реновации участков в диапазоне от 1 до 6

3.7

Для практической работы и анализа складывающейся ситуации удобно использовать не абсолютные расчетные значения (баллы значимости), а относительные их величины, например, коэффициенты относительной значимости К. Определение последних позволяет сопоставлять участки по степени приоритетности в относительных величинах (в долях единицы или процентах), что наглядно демонстрирует их доминирование по отношению друг к другу. Коэффициенты относительной значимости К по определению не могут превышать 1, а для благоприятных в техническом отношении участков (т. е. с минимальным баллом значимости) составляют 0.

В качестве примера определим коэффициенты значимости для двух произвольных участков; 2-5 и 3-4

 К2-5=(2012 -1919)/2012=0,04;

 К3-4=(1939 - 1919)/1939=0,0103.

Используя полученные расчетные значения К и их соотношения, можно сделать следующий вывод: степень приоритетности реновации участка 2-5 по отношению к участку 3-4 составит 0,04/0,0103 - 3,88 раза (или 388%).