автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Экологическая безопасность водоводов и коллекторов систем водоотведения

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ВОДОВОДОВ И КОЛЛЕКТОРОВ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕИИЯ

Специальность 05.23.04 - Водоснабжение, канализация, • строительные системы охраны водных ресурсов

На правах рукописи

11ГПАТЧИК Светлана Юрьевна

/?\ . .

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

С -,{/1 : - П е г с р и у р г 1997

Работа выполнена в Санкт- Петербургском государственном архитектурно-строительном ' университете,

Военном инженерном строитель.... ном институте.

Научный руководитель -

Научный консультант

Официальные оппоненты -

Член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор М. И. Алексеев

кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.В. Дудко

Академик РААСН, ЗДНиТ РФ, доктор технических наук, профессор B.C. Дикаревский

кандидат технических наук, доцент Е.М. Хатковский

Ведущая организация -

Ленгипроинжпроект.

Зашита состоится 1997 г. часов на заседании специализи{

ванного Совета К.063.31.03 в Санкт-Петербургском государственном архитек турно -строительном университете по адресу:

198005, г.Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д.4, зал заседаний.

Автореферат разослан

7г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Ученый секретарь специализированного Совета, к. т. п., доцент

Г.П. Комина

-л-

ОВЩАЯ ХАРАКТЕРИСТШСА РАБОТЫ

В работе исследованы показатели безопасности водоводов и коллекторов етей систем водоотведения объектов городского и промышленного строитель-тва с учетом экологических факторов.

Актуальность темы. Системы водоотведения относят к категории систем шссового обслуживания. Они предназначены для сбора и удаления за пределы ородов, промышленных предприятий загрязненных сточных вод. Уровень их варийности предопределяет экологическую обстановку на водоемах страны. 1оэтому в России продолжаются работы по реконструкции систем водоотведе-[ия. При этом ежегодно сдаются в эксплуатацию десятки километров сетей, во-юводов и коллекторов.

Однако, как показывает опыт эксплуатации, несмотря на указанные меры, :истемы водоотведения продолжают оказывать негативное воздействие на со-ггояние водоемов в ряде регионов России. Последнее связано со сложными ус-швиями эксплуатации, старением сетей в большинстве городов и, как следст-ше,' с высоким уровнем частоты, случайным характером появления и продолжительности аварий на водоводах и коллекторах, предназначенных для защиты окружающей среды от загрязнений, отводимых со сточными водами. Поэтому возникает потребность в оценке влияния аварий на показатели экологической безопасности систем водоотведения, исходя из категории опасности транспортируемых стоков и категории водопользования водных объектов, в которые они могут попадать при авариях.

Вместе с тем, до настоящего времени не разработаны методы расчета, учитывающие влияние аварий на безопасность транспортшдх сооружений, в частности, водоводов и коллекторов по отношению окружающей среды. Опубликованные гчедения о показателях безотказности, ремонтопригодности трубопроводов и сооружений на сетях носят неполный характер, что сдерживает их практическое применение при проектировании и эксплуатации указанных сооружений. По этой причине при оформлений раздела проектов (опенка ноздей-

ствия на окружающую среду (ОВОС)) не могут определяться такие показатели, как: риск появления, частота и продолжительность аварий, опасных'для окружающей среды. Очевиден разрыв между требованиями, которые могут предъявляться природоохранными органами к показателям экологической безопасности принимаемых решений, с одной стороны, и возможностью инженеров осуществлять обосновывающие расчеты при оформлении раздела ОВОС проектов для выполнения этих требований- с другой.

Указанное состояние вопроса подтверждает актуальность темы диссертации, направленной на разработку методов расчета позволяющих обосновывать решения по обеспечению требуемого уровня экологической безопасности систем водоотведения с целью сохранения и улучшения состояния окружающеГ среды, включая научные, экономические и социальные аспекты этой проблемы.

Настоящая работа выполнялась в рамках государственной программ! "Архитектура и строительство"; научное направление №7 "Создание новых 1 совершенствование существующих систем жизнеобеспечения населенны пунктов". Она является составной частью исследований, начатых в. ВИСИ рамках плановых НИР Водоем, Водоотвод, Насос, 62-К-35/90, 127-К-35/91, 12" К-35/92, и завершена на кафедре канализации СПбГАСУ.

Цель работы - исследование свойств безотказности и ремонтопригодш сти трубопроводов сетей систем водоотведения; разработка моделей и методе расчета показателей безопасности водоводов и коллекторов, учитывающих сл чайный характер появления и продолжительности аварий; обоснование инж нерных мер и создание оборудования для повышения их безопасности с учете экологических факторов. • ■

Научная новизна работы:

-получены формулы для определения показателей безотказности са\ течных и напорных трубопроводов систем водоотведения в зависимости от диаметра и материала; •

-разработана расчетная модель для описания изменения состояний водоводов и коллекторов при эксплуатации с учетом случайного характера показателей безотказности и ремонтопригодности трубопроводов в виде систем одно-, двухпараметрических случайных процессов;

-разработана расчетная_ модель для" оценки вероятностных показателей безопасности водоводов и коллекторов, позволяющая оценивать степень соответствия риска и продолжительности загрязнения окружающей среды требованиям, предъявляемым к их безопасности в соответствии с категорией опасности веществ, содержащихся в транспортируемом стоке;

-разработана расчетная модель для оценки аварийных сбросов загрязненных сточных вод (загрязняющих веществ определенного лимитирующего признака вредности) за расчетный период эксплуатации, позволяющая оценивать степень соответствия масштаба загрязнения водных, объектов требованиям, предъявляемым в виде предельно допустимых (ПДС) или временно согласованных (ВСС) сбросов;

-разработаны рекомендации по оценке эффективности инженерных мер цля обеспечения экологической безопасности водоводов и коллекторов с учетом показателей безотказности и ремонтопригодности труб, включая технико-экономический расчет водоводов; •

-разработано оборудование для опорожнения отдельных участков коллекторов, а также для защиты станций от затопления, отличительные признаки которого защищены 3 авт; свидетельствами и патентами.

Практическая ценность работы определяется тем, что: -с использованием теории математической статистики и теории вероятности получены справочные данные по показателям безотказности, ремонтопригодности трубопроводов и даны формулы для их оценки;

:с использованием теории одно-, двухпараметрических случайных про- . цессов разработан метод, который может применяться при оформлении раздела . ОВОС проектов для расчета вероятностных показателей безопасности нодоно-

дов и коллекторов: риска, продолжительности превышения допустимого уровня загрязнения водоемов и др.;

-с использованием теории случайных процессов и теории расчета водоводов, коллекторов разработан метод, который может применяться при оформлении раздела ОВОС проектов для определения аварийных сбросов загрязненных сточных вод в окружающую среду за расчетный период эксплуатации, для которого установлен ПДС или ВСС;

-разработана методика оценки эффективности инженерных мер по .обеспечению безопасности транспортных сойружениПлри их проектировании и даны рекомендации по технико-экономическому расчету напорных водоводов;

тизготовлен опытный образец насосного оборудования с приводом в виде гидротурбины для перекачки сточных и дренажных вод. Внедрение результатов работы имело место при:

-разработке "Норм по оценке экологической безопасности систем водоот-ведения";

-разработке "Норм по оценке надежности оборудования, систем водоснабжения и водоотведения";

-обосновании ТЗ на реконструкцию канализационной сети и коллекторов системы водоотведения г. Санкт-Петербурга;

-обосновании рекомендаций по количеству ниток главных коллекторов бассейнов канализования г. Санкт-Петербурга;

-разработке ТЗ на проектирование насосной станции опорожнения напорного дюкера правобережного коллектора г. Санкт-Петербурга;

-разработке ТЗ на проектирование водоочистных сооружений городка в г Острове. - •

Апробация работы имела место: • -при докладах в 1992-1996гг. материалов диссертации на конференциях МГСУ, в СПбГ АСУ, в ПГУПС, в Московском ДНТП, а также на Международ ном симпозиуме в Санкт-Петербурге в 1992 г., на Международной конференци

-7в Варшаве в 1993 г., на Международной конференции по проблемам экологической безопасности городов в Санкт-Петербурге в 1995 году;

. -при обсуждениях двух нормативных документов в 26-м ЦНИИ МО, в • ГПИ специального строительства МО, в 23-м ГМПИ, в 58-м ЦПИ МО, в Министерстве охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации, в Комитете экологии и природных ресурсов Санкт-Петербурга и Ленинградской области;

-при обсуждениях результатов НИОКР по разработке и испытанию насосов с гидроприводом для опорожнения напорного дюкера правобережного коллектора г. Санкт - Петербурга и результатов НИР по исследованию надежности транспортных сооружений систем водоотведения на научно-технических советах ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ. Из них разделы ведомственных норм- 2, отчеты по НИР- 3, статьи и доклады- 10, авторские свидетельства на изобретения и патенты - 3.

На защиту выносятся:

-результаты исследования закономерностей изменения и формулы для определения показателей безотказности самотечных и напорных трубопроводов систем, водоотведения; ....

-расчетные модели в виде систем одно-, двухпараметрических случайных процессов для описания изменения состояний водоводов, коллекторов и определения объема аварийных сбросов загрязненных сточных вод в окружающую среду с учетом случайного характера показателей безотказности и ремонтопри- ' годности оборудования сети; . .'.'•;

-метод расчета вероятностных показателей экологической безопасности -■ водоводов и коллекторов (риска и продолжительности превышения допустимого уровня загрязнения водного объекта и др.), позволяющий оценивать соответствие принятых решений требованиям, предъявляемым к их безопасности в соответствии.с категорией опасности веществ, содержащихся в стоке;

-метод расчета аварийных ■ сбросав зафязненных сточных вод (загрязняющих веществ определенного лимитирующего признака вредности) в окружающую среду за расчетный период эксплуатации, для которого установлен ПДС или ВСС; ■" • . ■ •

-методика обоснования и результаты исследования эффективности методов, рекомендуемых к применению при проектировании водоводов и коллекторов для обеспечения их безопасности с учетом показателей безотказности, ремонтопригодности труб 'и оборудования, входящего в их состав, включая технико-экономический расчет водоводов;

-новое оборудование для опорожнения и вентиляции отдельных участков коллекторов, а также для защиты насосных станций от затоплений, отличительные признаки которого защищены 3 авт. свид. и патентами.

Объем и состав диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографии. Содержит 123 страницы машинописного текста, 33 рисунка, 36 таблиц, 163 источника литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В главе 1 рассмотрено состояние вопроса на основании известных литературных данных. Значительный вклад в разработку основ проектирования \ обеспечения надежности, стойкости трубопроводов систем водоснабжения \ водоотведения внесли Яковлев C.B.,'Федоров Н.Ф., Днкаревский B.C., Алексее! М.И., Лаптев H.H., Курганов A.M., Васильев В.М., Койда Н.У., Ермолин Ю.А Хоружий П.Д., Рашидов Т.Д., Гальперин Е.М., Чупин В.Р., Игнатчик B.C., АС рамович И.А., Хатковский Е.М., Седых H.A., Дудко В.В., Сабитов А.Д., Поел нова Е.В., Шредер Е., Рак Л., Вильдер С., Ле-Лонг, Ли С., Роман М., Верчысты А., Клосс-Трембацевич Г., Намгаладзе Д.П. и другие ученые.

. Первые фундаментальные исследования в вероятностной постановке п< казателей надёжности транспортных сооружений систем водоснабжения и в

с

доотведения были выполнены в работах Абрамова H.H., Ильина Ю.А. и их учеников.

В работах многих авторов указывается на высокий уровень аварийности систем водоотведения, что объясняется старением сетей в большинстве городов страны, а также сложными условиями их эксплуатации. При этом, несмотря на проведение ремонтов, время, в течение которого сеть, например средней про-

i

' тяженностью 50 км, эксплуатируется при наличии отказов, может составлять от 25 до 120 суток в году. В крупных городах, где протяженность сети составляет 600 км и более, ежедневно, не считая засоров, возникают 1-2 аварии, которые , устраняются в течение 1-3 суток.

9 целом обзор исследований, выполненных по проблеме надежности систем водоотведения, показал, что в прямой постановке безопасность транспортных сооружений, в том числе водоводов и коллекторов, по отношению окружающей среды не исследовалась. Применяемые методы расчета не позволяют определять показатели экологической безопасности (риск, масштаб, продолжительность аварий), т.к. Последние имеют вероятностный характер. В то же вре- . Мя, в первой половине 90-х годов принят ряд законодательных и нормативных. документов, в том числе регламентирующих порядок получения лицензии на природопользование, а также оформления экологического паспорта, в которых сформулированы требования к показателям безопасности систем жизнеобеспечения объектов: риску появления, масштабу, продолжительности и частоте аварий, опасных для окружающей среды. Поэтому задача разработки методов оценки показателей безопасности, базирующихся на вероятностных моделях, стала актуальной в научном И практическом отношении.

В рамках существующей терминологии в главе сформулированы определения экологической безопасности, надежности, живучести как сложных свойств объекта исследований. На рис. 1.1,а показана взаимосвязь экологической безопасности, живучести и надежности, которые включают в себя различ-

Гов1 1

-10-

Биосфера Н®-

1С

Окружающая природная среда

—Гидросфера^

[ Литосфера ¿Я'^ 'г I 06ьт-4"~1 ?

Рис.1,а. Свойства объекта исследований (водоводов и коллекторов)

С Экологическая у безопасность }

С

Опасность

К I

о а

о. о

«у а

ш -к

л' , в

1

» >» ь

I £ £

§ V «>

3 л §

О ь О О. О КГ

с о

к

X.

га со

? Е

I £

Живучесть

С

Стойкость

л £

В I

о №

I?

} С

С

Надежность

Безотказность

( N

5 г

Ей И О Э г С I

5 3 а. ю и а

V

) )

. Рис.1;б. Показатели экологической безопасности, живучести, надежности, характеризующие свойства объекта исследований

ные простые свойства объекта исследований. Поэтому их показатели (см. рис.1.1,б) отличаются между собой и должны исследоваться самостоятельно.

В соответствии с принятыми определениями в, главе предложено классифицировать системы, обеспечивающие отвод стока, по требованиям к экологической безопасности на три категории в зависимости от степени токсичности веществ, содержащихся в сточных водах, а также категории водопользования водоисточника, в который они отводятся.

В главе 2 исследуются показатели безотказности и ремонтопригодности трубопроводов !! сооружений на сетях систем водоотведения. Описаны модели., отказов, с учетом которых разработана методика сбора и обработки экспериментальных данных. Составлены программы для их анализа на ПЭВМ. Приведены результаты стендовых испытаний насосов с гидроприводом, предназначенных (см: гл.5) для защиты насосных станций от затоплений.

. Установлено, что на самотечных трубопроводах до 90% отказов связано с засорением труб. Однако, несмотря на их многочисленность, наибольшее число подобных отказов характерно для -внутридворовых, уличных сетей и коллекто- ■ •ров, где они устраняются службой эксплуатации в течение 0,5-1 часа.

Второй вид отказов связан с разрушением труб, смотровых и перепадных колодцев, дюкеров, с отказами насосного оборудования и другими повреждениями на сетях, которые устраняются относительно продолжительное время (от 2-х и более суток). Поэтому с определенной вероятностью (см. гл. 3,4) возможно одновременное появление различных сочетаний подобных отказов, приводящих к авариям, при которых транспортируемые стоки сбрасываются по- естественным водотокам в водоемы и на рельеф.

Обоснован вывод формул для определения интенсивности появления рассмотренных видоз отказа в зависимости от диаметра и материала труб. В частности, интенсивность отказов труб А = Ун. км в зависимости от их диа-. . метра (мм) предлагается определять по формулам:

-для напорной сети и водоводов из стальных труб А = 0,002Б ,~0'8, то же,

чугунных - X = 0,0019Х)^"'4, ^сбестоцементных класса ВТ-9 - А =0,0055Д ¿"°'75,

—0 62

асбестоцементных класса ВТ-12' - А =0,0022 О ' , железобетонных -Д=0,035£)(-°'94;

-для самотечной сети и коллекторов (с учетом засорений) из керамических труб А =0,048£>,~?'8, то же, чугунных - А =0,320 (~1,3, асбестоцементных -А = 0,04 £> , железобетонных - А = 0,06 £> (-0'9. V

Получена формула для оценки интенсивности появления аварий на тоннельных коллекторах, которая позволяет учитывать коррозийные явления, разрушающие бетонную обделку. Она имеет вид

\ к ' (-о »!

Здесь п - число фиктивных состояний, принимаемое из условия сходимости расчетной модели с экспериментальными показателями А'(/); п А , - фиктивная .интенсивность износа коллектора, 1/год; Л у - интенсивность внезапных отказов, 1/год км; Ь - протяженность участка.

В качестве расчетной для описания процесса изменения состояний водоводов и коллекторов.обосновано применение (критерий Пирсона Р(Х)>0,7) модели однопараметрических Марковских процессов. Предлагаемая модель позволяет описывать процесс изменения вероятности -Р пребывания их пр? длительной эксплуатации в течение I в различных 1-х состояниях, включая ава рийные, посредством систем дифференциальных уравнений. Например, в авто матизи'рованных режимах, исключающих ремонт в течение периода 4 межд; регламентными работами, расчетная система имеет вид

р/(0=^-1 .^(0-\рМ> ■ (2

-и-

где А _!= Я „= О, 0 ^«' ^ и; Р, (') = !« °Н-

с . ;=о /=о

Здесь ¡- номер одного из возможных состояний водовода или коллектора, при котором из общего числа к участков 1 отказало; п- общее число возможных состояний, включая аварийные; 0- начальное состояние сооружений; Л ¡- интенсивность их отказа в ¡-м состоянии; Я, (0)- вероятность нахождения водовода или коллектора в 1-м состоянии в начале расчетного периода эксплуатации, когда 1=0.

Для тоннельных коллекторов а качестве расчетной .обоснован выбор ' двухпараметрической модели Марковского процесса с п фиктивными состояниями, которая представлена в виде системы дифференциальных уравнений

■ р\{ 0=(«лг+я,/.)рм(0-(«д2)р((0' (3)

где Я.,= Д =0; 0</£«; £/»(0 = 1; ¿Л(0) = 1.

Процесс изменения во времени вероятности ^(/) выполнения с интенсивностью ¡л ! ремонтов на 1 участках (колодцах или других фронтах работ) из п предлагается описывать с помощью систем дифференциальных уравнений вида

при 0 < / < гту ¿^,(0 = 1; iF¡(0) = \^, ^., = /1^=0.

1=0 м ■ ■ . .

В главе приведены результаты стендового испытания гидронасоса ЗКГМ-45/55, изготовленного в виде моноблока из консольного центробежного насоса и радиально-осевоЙ турбины Р-50-16. Цель исследования состояла в' проверке устойчивости работы гидронасоса в режиме саморегулирования при переменном числе оборотов. Анализ результатов эксперимента показал, что гидронасосы могут работать в трех режимах: режимы с переменной или постоянной частотой вращения и в комбинированном режиме, когда гидронасос подает воду

при n=const лишь до определенной области качений Q, Н, а затем переходит режим саморегулирования. '

В главе 3 на основе вероятностных моделей, обоснованных в гл.2, разр ботан метод расчета аварийного сброса сточных вод Q(t) в окружающую сре; за расчетный период эксплуатации t. •

При выводе уравнений, описывающих процесс изменения Q(t), за ра четную принята модель функционирования водоводов и коллекторов с коне ным множеством состояний i= 0,l,2,:..j...,n. Каждое i-e состояние ха[»;ктериз ется определенным расходом q¡, а также вероятностью Р ¡ (/) их появления.

Дополнительно введены следующие предпосылки:

1.Сброс сточных вод q¡ (сброс с, загрязнений j-ro вида), отводимый в о ружающую среду в единицу времени, например за час, при нахождении водов дов и коллекторов в i-ом состоянии, описывается матрицами

/q/ = lq0,'quqi,.:.q„l, где q =q ■■ ;0 < q < q ; (

и рас i рас

/с/ = /с0,с1,с„...сл/, To,ec,=ciq\. •• (

Здесь с1 - концентрация загрязнения j-ro вида в сточной воде.

2.Граничные условия процесса изменения состояний транспортных с оружений систем водоотведения ийеют вид .

ÍQi(0) = 0; £/>,(0) = 1; 0<i<n.

' i /=о

При указанных ограничениях получены уравнения, моделирующие nj гцесс изменения сброса сточных вод (загрязнений j-ro вида),

;=о j=o

Здесь X и - интенсивно "ть перехода коллектора из i-ro в j-oe состояние.

Используя матрицы вероятностей переходов водовода чли коллектор! различные состояния, например,

Р = [00...д7_, лг..00| при ^(/)=1-ехр-(Я,/); Я= Д „ = 0 (10)

и полученные дифференциальные уравнения (8), составляются системы, моделирующие изменение во времени С}^) с учетом возможных аварийных состояний. Например, при определении С^) с учетом (10), имеем

О1(0"9,-Л1О.,0) + Л1Ом((). ' ' V (И)

где ¡(0) = 0; ¿Р((0) = 1; 0*,<«.

1=0 -(=0 .• '

На основе, приведенных моделей разработан метод расчета аварийных сбросов загрязненных сточных вод. При этом на примере водоводов и коллек- ' торов в главе получены формулы для определение С^). Например, для отдель- . ного участка коллектора в режиме, не.ограничивающем число ремонтов в течение времени Ъ величина (2 (1) может определяться, как !

■ Ч*ЧХ. (л

и др. (12)

- . На основе полученных формул на ПЭВМ выполнен анализ, позволивший установить степень, с которой могут влиять на величину аварийного сброса различные факторы. Установлено, что в случае определения (3(1) по детерминистической модели он занижается. Степень занижения зависит от состава и схемы1 водоводов или коллекторов, продолжительности эксплуатации, а также мощности эксплуатирующих организаций и может изменяться в ¡широких пределах^ два и более раза). ' • ' •

В глине 4 разработан метод расчета вероятностных показателей Экологической безопасности водоводов и коллекторов. . В общей постановке он включает следующие этапы расчета:

1)Выделение нз состава сооружений расчетных элементов (участков, обо-

1 ' рудования н др.). Определение для них показателей, характеризующих безотказность ЛI и ремонтопригодность // ( (см.гл.2). Уточнение метода органнза дин ремонтных работ. . •

2)Определение технологических показателей, характеризующих сбро транспортируемого стоке в случае аварийного отключения выделенных элемел тов или их сочетаний (см.гл.З). Уточнение состава резерва для выделенны элементог. из условия обеспечения ПДС. Построение расчетно-логических схе (РЛС), отражающих влияние выделенных элементов на степень риска появл< (1ия и продолжительность аварий. .

3)Определение показателей, характеризующих риск и продолжительное различных уровней загрязнения окружающей среды. Сопоставление получе ных показателей экологического риска с требуемыми Р^{t), исходя экологической обстановки в районе строительства. Обоснование мер, обеспеч вающих требуемые показатели экологической безопасности.

В главе основное внимание уделено изложению! методики вывода pat неизвестных расчетных формул для оценки вероятности появления. Я о, (i) продолжительности пребывания Т „ в аварийных состояниях водоводов и к лекторов при различных режима» эксплуатации. Например, при эксплуатат водовода или коллектора в две нитки в режиме, исключающем ремонт, знг ния Р ob (i) и^Г я могут определяться по следующим формулям:

P„{t) = \-Ъе

п /=1

+ е

-2

¡=1 .

Т =(-■

1 /и . »

П'.ч

тл,

ы 1

( " л ( п ^

J -1Д ¡1 -2 1.Л it

1-е 1-е '=>

2 1Я , 1 ■■■ j

V У * /=1

Здесь £ Я = £ Л / -Ь + Я j - интенсивность отказов нитки или ¡-го участка водовода, коллектора длиной Ь ¡; Л ¡- то же, трубопровода; Я у - то же, запор-но-регулируюшей арматуры и колодцев, расположенных на них..

На ПЭВМ выполнен анализ, позволивший установить степень, с которой могут влиять 113 вероятность появления и продолжительность аварийных состояний водоводов и коллекторов различные факторы. Для иллюстрации отдельные результаты исследования приведены на рис.2,а,б. Установлено, что риск появления и продолжительность пребывания коллекторов и водоводов в аварийных или отказных состояниях зависят от: показателей безотказности, ремонтопригодности труб и оборудования; продолжительности их эксплуатации в рассмотренных режимах; эффективности организации работ по ликвидации аварий; схемного решения и состава сооружений. В случае оценки указанных показателей экологической безопасности по применяемой детерминистической расчетной модели они занижаются. Степень занижения зависит от перечисленных факторов и может изменяться в широких пределах - 50% и более.

В главе 5 дана классификация мер, применяемых для повышения экологической безопасности водоводов и коллекторов при стролтельстве и эксплуатации. Исследовано, в какин степени их эффективность зависит от: показателей безотказности, ремонтопригодности трубопроводов и сооружений; их схемного решения, материала труб; условий обслуживания, а также ряда других факторов, учет которых необходим при обосновании природоохранных решений.

Приведены расчетные уравнения и разработаны рекомендации по выбору схем транспортировки сточных вод, включай обоснование емкости резервуаров или грунтовых прудов-накопителей для приема и временного хранения аварийных сбросов загрязненных вод, с учетом ограничений по допустимому экологическому риску, а также возможной частоты и продолжительности аварий. На примере показано, что экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций может составлять от сотен млн. до десятков млрд. руб.

А«4_1

-18 -

Рис.2,а. Изменение вероятности безотказней работы Р (Ц и вероятности появления аварийных состояний Рав (1) коллектора в зависимости от состава его схемы и продолжительности эксплуатации I в режиме, исключающем ремонт:

1- Р (0 для коллектора длиной 2км, проложенное в две нитке (т=п=1) из асбестоцементных труб 0=400мм; 2 - то же, если проложить его в две нитки с одной перемычкой (т=п=Ы=1); 3- то же, если проложил его в три нитки (п=1,т=2); 4 - Рав({) коллектора длиной 2км и: асбестоцементных труб й=400мм при (т=п=1); 5 - то же, при гп=п=М=1 6-то же, при п=1,т=2

Рис.2,б.Изменение продолжительности пребывания в различнк состояниях коллектора в зависимости от его протяженности и в режим исключающем ремонт:

1- Продолжительность пребывания в расчетном состоянии течение квар-ала коллектора, проложенного из железобетонных тр' 0=500мм в две нитки различной протяженности 1=21; 2- то же, отказном, когда отхазала более длинная нитка коллектора; 3- то же, откь-чом, когда отказала Золее короткая нитка ; 4- то же, в аварийно когда отказали обе нитки коллектора

. -19. В главе разработана методика и даны рекомендации по выполнению технико-экономических расчетов водоводов с учетом требований к их безопасности по отношению окружающей среды. Установлено, что требования, предъявляемые к ограничению аварийных сбросов сточных вод в окружающую среду, могут оказывать существенное влияние на состав и диаметры ниток водоводов. Одновременно показано, что применение при проектировании предлагаемого метода расчета позволяет обосновывать решения, при которых удельные приведенные затраты (столмисн. отведения 1 мЗ сточной воды) сокращаются в 1,5-2 раза.

Даны предложения по устройству насосного оборудования для опорожнения дюкера тоннельных коллекторов, а также для защиты станций перекачки сточных вод от затоплений. Новизна предлагаемых решений защищена 3 авт. свид. и патентами. Их экспериментальная и теоретическая апробация на стадии ТЭО при разработке станции с гидронасосами для опорожнения дюкера правобережного коллектора г. Санкт-Петербурга показала, что приведенные затраты снижаются в два раза (на 4,6 млрд. руб.), а капитальные - за счет уменьшения

диаметра вертикальной шахты на 18 млрд. руб.

- < г -

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 .Новые. нормативные документы, регламентирующие порядок охраны окружающей среды, формулируют требования к обеспечению экологической безопасности систем жизнеобеспечения объектов, в том числе сооружений для транспортировки сточных вод. Поэтому задача разработки моделей и методов расчета показателей безопасности водоводов и коллекторов, обоснования инженерных мер и создания нового оборудования для повышения их безопасности с учетом экологических факторов актуальна в научном и практическом отношении.

2. Разработаны расчетные' модели в виде систем одно-, двухпараметриче-ских случайных процессов для описания изменения состояний водоводов, кол-

лекторов и определения объема аварийных сбросов загрязненных вод в окружающую среду.

3. Получены формулы для определения интенсивности отказов самотеч ных и напорных трубопроводов систем водоотведения в зависимости от и: . дцаметра и материала, а также интенсивности возникновения аварий на тон нельных коллекторах с учетом явлений коррозии и изнашивания бетона. 1 . 4. Разработан метод расчета вероятностных показателен безопасности вс доводов и коллекторов (риска, частоты и продолжительности аварийных сбрс сов в окружающую среду), позволяющий на этапе подготовки раздели ОВО' оценивать степень соответствия решений, принятых при их проектированш требованиям, предъявляемым к защите окружающей среды от аварийных сбр< сов в зайисимости от категории опасности веществ, содержащихся в трансгго; тируемом стоке, а также категории водопользования водоисточника, в которь они могут попадать.

5. Получены 'формулы, позволяющие анализировать на ПЭВМ влиян! : схемных и конструктивных решений водоводов и Коллекторов на I "личину эк

логического риска и продолжительность аварийных сбросов сточных вод при эксплуатации в различных режимах (автоматизированный, вахтовый и д£ включая режимы, когда объем ремонтных работ ограничен, исходя из про! водственной мощности (финансовых возможностей) службы эксплуатации, 1 пример, не более N ремонтов:

6.Разработан метод расчета, позволяющий на этапе подготовки р-щ< ОВОС оценивать величину аварийных сбросов О „(О загрязненного стока в

: ружающую среду за расчетный период эксплуатации, для которого установ) ПДС чли ВСС. Получены дифференциальные уравнения для описания проце изменения расхода сточных вод, отводимых в окружающую среду, с учет аварийных состояний.

7.Разработаны рекомендации по выбору схем транспортировки сточ» вод, вклю.чая обоснование емкости резервуаров или грунтовых пруд

накопнтелей для приема и временного хранения аварийных сбросов загрязненных вод, с учетом ограничений по допустимому экологическому риску, а также возможной частоты и продолжительности аварии. На примерах показано, что экономический эффект от их применения составляет от сотен млн. до десятков млрд. руб.

I Разработана методика выполнения технико-экономического расчета водоводов с учетом требований к охране окружающей среды. На примерах пока-* зано, что применение.предлагаемого метода позволяет обосновывать оптимальные по технико-экономическим показателям решения, при которых удельные приведенные затраты (стоимость отведения 1 мЗ сточной воды) сокращаются в 1,5-2 раза.

9.Разработано оборудование для опорожнения отдельных участков тоннельных коллекторов, а также для защиты насосных станций перекачю'1 сточных вод от затоплений. Новизна предлагаемых решений защищена 3 авт. свид. и патентами.

Основные положения диссертации изложены п следующих работах

1. Гидровентиляциоымя установка для вентиляции шахт и тоннельного коллектора. -ВНИИГПЭ, авт. свид. N° 307564. 1989. -Зс. (в соавторстве с Алексеевым М.И. и др.)..

2. Математическая постановка задачи определения объема сбросов загрязнений при авариях систем водоотведения. -М.: Строительство'и архитектура. Вып.6. 1990.-5с. ' •

3. Определение объема аварийных сбросов в окружающую среду при транспортировке стоков по напорным водоводам. -М.: Строительство и архитектура. Вып.5. 1990. -7с. (в соавторстве с Алексеевым М.И.).

4. Устройство водоподъемного оборудования насосной станции опорожнения дюкера глубокозаложенного правобережного коллектора г. Ленинграда. - Отчет по HHP 62-К-35/90. СПбВВИСУ, 1991. -98с.

: (в соавторстве с Варламовым И.М. и др.).

5. Насосная станция опорожнения дюкеров. - ВНИИГПЭ, авт. свид. № 1679060. 1991.-3 с. (в соавторстве с Алексеевым М.И., Дудко В.В.). ■

6. Методика сбора ,и анализа на ПВМ данных об авариях li отказах при оценке надежности работы оборудования и сетей водоочистных станций системы водоотведения г. Санкт - Петербурга. - Отчет по 1-му этапу НИР 127-К-35/91. ВИСИ, 1992. -48 с. (в соавтор, с Блиновым А.В. и др.).

7. Технико- экономический расчет коллекторов с учетом показателей надежности труб. - Межвуз. сб. СПбИСИ, 1992. С.15-17 (в соавторстве с Алексеевым М.И. и др.).

8. Показатели экологической безопасности транспортных сооружений систем водоотведения. -Известия вузов. Строительство и архитектура, 1992. № 2. С. 17-20 (в соавторстве с Алексеевым М.И. и др.).

9. Станция перекачки сточной жидкости. - ВНИИГПЭ, авт. свид. № 1763596. 1992,- 4 с. (в соавторстве с Алексеевым М.И. и др.).

10. Нормы по оценке надежности оборудования систем водоснабжения и водоотведения. ВСН 24-87.-М.:Воениздат, 1993.-230 с, (в соавторстве с Дудко В.В. и др.).

•• 11. Исследование надежности транспортных сооружений и оборудования системы водоотведения г. Санкт-Петербурга с разработкой рекомендаций по бесперебойности водоотведения. - Отчет по 4-му этапу НИГ 127-К-35/92. СПбВВИСУ, 1993. -61 с. (в соавторстве с Дудко В.В. и др.).

12. Показатели экологической безопасности систем водоотведения. -Мат. 50-й науч. конф. СПбГАСУ, £анкт-Петербург, 1994. С. 9-14 (в Соавторстве с Алексеевым М.И. и др.). ;

13. Модель прогнозирования износа и долговечности тонгельных коллекторов. -Мат. 51-й науч. конф. СПбГАСУ,.Санкт-Петербург, 19*5. С.35-38 (i соавторстве ^Алексеевым М.И. и др.).

1.4. Надежность систем водоотведения.. - Водоснабжение и санитарна) техника, 1995. №4. С.13-14 (в соавторстве с Шаповаловым В.Т. и i >.).

15. Нормй по оценке экологической безопасности систем водоотведент (ВСН)./ ВИСИ.- СПб., 1996. -152 с. (в соавторстве с Дудко В.В. и др.).

16. Проблема экологической безопасности систем водоотведения ropo дов России: -Тез. докладов-науч. конф. Санкт-Петербургского НТО, Санкт Петербург, 1996. С.7. (в соавторстве с Ильиным Ю.А. и др.).

17. Насосная станция для опорожнения дюкера правобережного коллек тора. Мат. 53-й науч. конф. СПбГАСУ, Санкт-Петербург, 1996. С.З.

\ . ¿

_._ Корректура автора_'

Подписано к п чати 20.02.97. Формат 60x90,1/16. Усл.печ.л.1,0.

Тираж 100экз. Заказ. ík'/fl Бесплатно Л98005, Санкт-Петербург, 2-ая ¡Красноармейская, д.4.

Ротапринт СПбГАСУ, Санкт-Петербург, ул. Егорова, 5/7.