Эксплуатация современных комплексов водоснабжения, управление потокораспределением в разветвленных и протяженных трубопроводных сетях достаточно трудоемка и требует специфических подходов. В частности, математического моделирования, как основы анализа и синтеза сложных разветвленных гидравлических сетей: от укрупненной схемы основных магистральных водоводов до детализации трубопроводов к каждому потребителю. Главным результатом гидравлического расчета, как инструмента имитационного моделирования, является оценивание потокораспределения в водопроводных сетях, включая величины и направления расходов воды на выбранных участках сети и узловые давления.
Анализ пропускной способности трубопроводов водопроводной сети
Водопроводная сеть городского водопровода предназначена для подачи и территориального распределения воды потребителям. Во всех точках водопроводной сети необходимо создать расчетные свободные напоры так, чтобы обеспечить возможность отбора требуемого количества воды потребителями. Кроме того, городские водопроводные сети должны обладать требуемой надежностью согласно государственным строительным нормам и правилам. Выполнение этих функциональных задач следует осуществлять с наименьшими капитальными и эксплуатационными затратами.
Как прикладная наука, гидравлика широко применяется для решения различных инженерных задач в области водоснабжения и водоотведения.
Гидравлические расчеты, как правило, выполняют для новых водопроводных сетей на этапе проектирования и строительства. В процессе рутинной эксплуатации про гидравлику, к сожалению, часто забывают. Включая проведение экспериментов в лабораторных и/или в натурных условиях. В то же время сетям свойственно старение. Внутренние полости трубопроводов склонны к обрастанию. В процессе ликвидации повреждений и отсечения аварийных участков запорно-регулирующая арматура постоянно меняет своё состояние. Система "дышит", "заболевает", "выздоравливает", растет. Гидравлический режим, так или иначе, постоянно изменяется. Но службами эксплуатации уже не отслеживается. Или оценивается крайне редко, эпизодически.
Работа по анализу пропускной способности трубопроводов водопроводной сети состоит из следующих этапов:
I. Сбор, изучение и обработка информации о системе подачи и распределения воды.
II. Натурные испытания водораспределительной системы водоснабжения.
III. Обработка и анализ материалов обследования.С помощью модуля Darwin Calibrator программного комплекса Bentley WaterGEMS в автоматическом режиме производится анализ пропускной способности трубопроводов. Расчеты могут осуществляться по формулам Дарси-Вейсбаха, Мэнинга, Хазен-Вильямса. Результатом расчета является получение калиброванной математической модели гидравлики водопроводной сети.
Результаты калибровки математической модели могут быть представлены в табличном и в графическом виде (см. рисунок 1). Качество калибровки можно оценить по величине среднеквадратичной ошибки результатов исследований давлений в период максимального водопотребления (см. рисунок 2).
Рисунок 1. Схема водопроводной сети с коэффициентами шероховатости с оценкой состояния пропускной способности
Рисунок 2. График корреляции значений пьезометрического давления, полученных полевыми замерами и расчетными после калибровки математической модели
Рисунок 3. Анализ работы водопроводной сети с учетом перспективы развития города