автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Повышение эксплуатационной надежности, управляемости и эффективности системы водоотведения крупного города

(I " ■ > ' \ . , '

Г С; Г ''

11 \ Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет

На правах рукописи

КАРМАЗИНОВ Феликс Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ, УПРАВЛЯЕМОСТИ II ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ КРУПНОГО ГОРОДА

05.23.04 - водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете и ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга"

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ, д-р техн. наук, профессор В. С. Дикаревский; д-р техн. наук, профессор Ю.А. Воронов; д-р техн. наук, профессор Л. Н. Губанов

Ведущая организация: Академия коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова

Защита состоится 4 июля 2000 г. в 13 ч 30 мин на заседании диссертационного Совета Д.063.31.01 в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 198005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская улица, д. 4, ауд. .

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан "3 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Экологическая обстановка крупных городов и прилегающих к шм территорий и водоемов во многом определяется надежной и эффективной работой системы водоотведения (канализации), обеспечивающей отведение всех категорий сточных вод, их очистку, а также обработку и использование осадков, образующихся в процессе очистки.

Основные фонды СВКГ оцениваются в миллиарды рублей. Ежегодные эксплуатационные расходы, например, для системы канализации Санкт-Петербурга, составляют свыше 1 млрд. руб. (1,094 млрд. руб. в 1999 г.), поэтому даже незначительное сокращение расходов дает ощутимый экономический эффект.

Система водоотведения крупного города (СВКГ) имеет ряд особенностей:

наличие коллекторов глубокого заложения, большое количество насосных станций (НС), выпусков, значительная протяженность сетей;

наличие нескольких канализационных очистных станций;

разное техническое состояние, надежность и эффективность отдельных элементов СВКГ;

большой объем производственных сточных вод, отводимых на городские канализационные очистные станции (КОС), как при их предварительной обработке на локальных очистных сооружениях (JIOC), так и без них;

использование системы водоотведения для приема снега, при уборке его с городских территорий;

значительная неравномерность притока сточных вод, увеличение их количества во время дождей и в период снеготаяния, которое особенно велико при наличии в СВКГ общесплавных сетей.

Сложности с транспортировкой, складированием (депонированием) и утилизацией (использованием) осадков сточных вод.

Кроме того, очистные сооружения в СВКГ, как правило, требуют расширения или реконструкции из-за дефицита пропускной способности или несоответствия современным требованиям к качеству очистки, в частность по удалению биогенных элементов, влияющих на эвтрофикацию водоемов — приемтпсов сточных вод.

Эффективность СВКГ в итоге определяется обобщешшми caini-тарно-экологическими или технико-экономическими показателями.

Санитарные показатели могут входить составной частью в экологические, имеющие более широкое значение или оцениваться отдельно.

Санитарно-экологические показатели СВКГ можно оценить по ко-

личеству загрязнений (общих, включая бактериальные, или по отдельны к наиболее характерным ингредиентам), поступающих в природную сред) при функционировании СВКГ, и их относительными величинами по срав нению с предельно допустимыми сбросами (ПДС).

Следует отметить, что ПДС, определяемые исходя из предельнс допустимых концентраций (ПДК) веществ, установленных для водоемо! той или иной категории и вида водопользования, могут отличаться от до пустимых сбросов, найденных исходя из экологически допустимых кон центраций (ЭДК), которые должны быть региональными, комплексно учи тывающими абиотические, биотические, антропогенные факторы и резер вы экосистем.

Технические показатели СВКГ характеризуют энергоемкость, по требление реагентов, характеристики оборудования, пропускная способ ность и надежность элементов СВКГ, методы строительства и эксплуата ции и др.; экономические показатели - строительная стоимость объекта СВКГ, приведенные затраты, себестоимость услуг по отведению и очистк< стоков, компенсации за ущерб, наносимый окружающей среде и др.

Технические характеристики СВКГ влияют на экологические I экономические показатели, затрагивают социальные вопросы, связанные < условиями труда, возможностью автоматизации процессов, численностьк обслуживающего персонала. Причем в ряде случаев при разных инженер но-технических решениях можно получить близкие по значениям экологи ческие и экономические характеристики СВКГ.

На эффективность работы СВКГ, кроме того, оказывают влиянш существующая нормативно-правовая база и организация эксплуатацш СВКГ.

Взаимосвязанность экологических, инженерно-технических, эко комических, организационно-управленческих вопросов требует системно го анализа и комплексного подхода при решении задачи повышения эф фективности СВКГ.

Возможности совершенствования функционирования СВКГ, осно ванные на опыте обслуживающего персонал, оказываются практически исчерпанными, поэтому важным элементом повышения эффективное™ является автоматизация технологических процессов. Отдельные научно обоснованные решения по СВКГ должны приниматься на стадии проектирования или учитываться при реконструкции отдельных элементов СВКГ.

Целью данной работы является научное обоснование и определение основных 'направлений совершенствования инженерно-техническю решений, нормативных показателей и организации эксплуатации СВКГ обеспечивающих повышение ее надежности и эффективности.

В соответствии с целью работы были поставлены и решались следующие задачи:

На основе системного анализа выявить основные факторы, влияющие на эффективность СВКГ, и оценить их значимость;

Разработать принципы математического моделирования СВКГ, позволяющие оценивать надежность и эффективность функционирования СВКГ на стадии проектирования и эксплуатации;

Провести анализ гидравлических особенностей транспортировки, режимов поступления, загрязненности и влияния на водоем сточных вод;

Дать интегральную оценку экологического воздействия и влияния отдельных ингредиентов при выпуске сточных вод в водоемы;

Выполнить исследования и дать предложения по совершенствованию отдельных элементов СВКГ и оценке их надежности, направленные на повышение эффективности всей системы водоотведення;

Разработать основные подходы поэтапного повышения эффективности СВКГ за счет совершенствования нормативной базы инженерно-технических решений и повышения надежности элементов системы водоотведення, внедрения новых организационно-управленческих и экономических подходов.

На защиту выносятся:

• Результаты системного анализа факторов, влияющих на эффективность СВКГ.

• Развитие теоретических положений по особенностям безнапорного движения сточной жидкости в сетях водоотведения.

• Результаты регрессионного анализа влияния на водоем ряда ингредиентов, содержащихся в сточных водах.

• Подходы по оценке и повышению надежности, а также технические решения по совершенствованию элементов СВКГ.

» Математическая модель и принципы управления потокораспределени-ем при эксплуатации и поиске наилучших решений на стадии проектирования СВКГ.

• Принципы повышения технологической и организационной управляемости СВКГ в современных экономических условиях.

Научная новизна работы заключается в следующем: Определена степень влияния отдельных факторов на эффективность функционирования системы водоотведения, являющаяся основой для выбора научно-обоснованной стратегии развития и управления СВКГ.

Даны теоретические обоснования и уточнения закономерностей безнапорного течения сточных вод в сетях водоотведения.

Выявлена динамика изменения расходов и концентраций загрязнений стоков в общесплавных коллекторах СВКГ, что позволяет обоснованно регулировать режим водоотведения и очистки сточных вод с учетом пропускной способности сооружений (элементов СВКГ) и экологических факторов.

На основе интегрального показателя получены ЭДК отдельных ингредиентов при сбросе сточных вод в акваторию Невской Губы.

Предложены подходы по интегральной оценке эксплуатационной надежности элементов и управляемости СВКГ.

Сформулированы принципы структурного построения и разработана математическая модель СВКГ, позволяющие обеспечить рациональную работу системы водоотведения в период эксплуатации и выбор наиболее экономичного варианта на стадии проектирования с учетом надежности структурных элементов и управляемости системы.

Практическая значимость и внедрение результатов исследований

На основе математической модели СВКГ составлена программа расчета на ЭВМ, позволяющая принимать обоснованные решения на стадии проектирования (развития) СВКГ и оптимизировать потокораспреде-ление при эксплуатации системы водоотведения. Проведена оценка надежности отдельных элементов СВКГ и даны предложения по ее повышению. Результаты работы были использованы при корректировке Генеральной схемы канализации Санкт-Петербурга, при разработке плана корпоративного развития ГУЛ "Водоканал Санкт-Петербурга" на 1999-2005 гг.

Выявленная методом экспертных оценок значимость факторов, влияющих на эффективность СВКГ, позволяет определять стратегические направления развития системы водоотведения, совершенствования организационной структуры управления и технического оснащения СВКГ. Эти результаты были использованы при составлении и реализации плана НТП, а также при совершенствовании организационной структуры ГУЛ "Водоканал Санкт-Петербурга".

Составлены таблицы гидравлического расчета безнапорных трубопроводов, более точно учитывающие гидравлические закономерности движения сточных вод и согласующиеся с натурными измерениями скоростей и расходов.

На базе ЭДК по отдельным ингредиентам рассчитаны допустимые концентрации этих загрязняющих веществ в сточных водах, при сбросе их в водоем; в частности, установлена разная необходимая степень очистки сточных вод по фосфору для ЦСА и ССА.

Апробация работы

Основные положения и результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на международных и российских конгрессах, конференциях, симпозиумах: "Сточные воды большого города" -Ленинград, 1989; "Международный Стокгольмский водный симпозиум" -Стокгольм, 1993, 1997, 1999; международных конгрессах "Вода: экология и технология" - Москва, 1994, 1996, 1998; "Проблемы обработки осадков сточных вод" - Ченстохов, Польша, 1995; "Реконструкция С.-Петербурга", 1995; "Актуальные проблемы коммунального водоснабжения и водоот-ведения" -Кошалин, Польша, 1997; международной конференции "Финский залив" - С.-Петербург, 1996, 1998; съезде Союза НИО "Концепция развития С.-Петербурга" - 1995; научных конференциях СПбГАСУ - 1992-2000; конференциях Ассоциации Водоканалов России -1993—1999; 5-ом международном конгрессе по прокладке трубопроводов -Гамбург, ФРГ, 1997; конференции МАНЭБ "Белые ночи" - С.-Петербург, 1999; Российско-датско-финском семинаре по водным ресурсам, СПб., 2000.

Личный вклад соискателя

Соискатель являлся разработчиком теоретических положений, был организатором, руководителем или участником выполнения и внедрения всего комплекса представленных научно-исследовательских работ.

Лично автором проведен анализ состояния проблемы на основе литературных источников и материалов предыдущих исследований, выполнено их теоретическое обобщение, сформулированы цели и задачи исследований, даны теоретические обоснования и уточнения закономерностей безнапорного течения сточных вод по трубам. Определена степень влияния различных факторов и пути повышения надежности, управляемости и эффективности СВКГ, разработана математическая модель для управления и развития СВКГ.

Публикации

Основные результаты исследований опубликованы в 54 работах, включая монографин, учебно-справочную и нормативную литературу, патенты и авторское свидетельство на изобретение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ВЫБОР И ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ СВКГ

Представляемая к защите в форме научного доклада диссертация базируется на выполненных соискателем научных исследованиях, публи-

кациях, авторских свидетельствах на изобретения, анализе результате! исследований других авторов и на фактических данных эксплуатации сис темы водоотведения (канализации) Ленинграда-Санкт-Петербурга, Моек вы, Парижа, Стокгольма, Хельсинки и других городов.

Эффективность СВКГ можно оценивать по многим показателям. Е качестве интегральных (обобщающих) можно принять себестоимость во доотведения и очистки сточных вод и количество загрязнений, поступаю щих со сточными водами в водоемы^ в относительных величинах от пре дельно допустимых сбросов (ПДС), при которых будет обеспечивать^ допустимое экологическое состояние водной среды. На эффективносл работы СВКГ влияют многие факторы: применявшиеся методы расчета проектирования и строительства отдельных элементов СВКГ; уровеш технологического оборудования, его надежность и техническое состоян» на данный момент; организация эксплуатации и оснащенность обслужи вающего персонала, рабочих мест и элементов СВКГ приборами, обору дованием, средствами автоматизации; количество и загрязненность сточ ных вод, величины допустимых сбросов и др.

Надежность элементов СВКГ, характеризуемая в общем виде ко личеством и характером отказов в единицу времени и продолжительно стью восстановления (ликвидации отказа), также влияет на эффективносл СВКГ - отражается на стоимости отведения и очистки сточных вод, вюпо чая плату за загрязнение окружающей природной среды. Причем эффек тивность СВКГ может быть повышена, как за счет снижения количеств; отказов (что, как правило, требует применения более совершенного обо рудования, материалов, технологий и увеличивает стоимость системы), та] и за счет совершенствования ремонтно-восстановительных и профилакти ческих работ. Последнее в ряде случаев может оказаться эффективне< (экономичнее).

Кроме того, при оценке эффективности СВКГ в ряде случаев целе сообразно пользоваться обобщающими показателями эксплуатационно! (гидравлической) надежности системы или ее основных элементов, выра женными через долю пропущенного без аварийного сброса расхода (объе ма) сточных вод от общего их количества.

В процессе работы по теме диссертации были систематизировань и обобщены труды многих отечественных и зарубежных авторов: в облас ти формирования, отведения и сброса сточных вод в водоемы: академики Н. Н. Павловского, С. В. Яковлева, профессоров Н. Ф. Федорова, Г. Г Шигорина, И. А. Абрамовича, М. И. Алексеева, Ю. Б. Безобразова, X. А Вельнера, Ю. Дзиопака, В. С. Дикаревского, А. М. Курганова, Н. Н. Лап шева, Н. А. Лукиных, Б. Ф. Лямаева, Г. П. Медведева, Б. Г. Мишукова

А. П. Нечаева, Л. Пааля, Д. Стефенсона, Л. И. Цветковой и др.; в области надежности, экологической безопасности и управления элементами систем водоотведения: академиков РАН и РААСН С. В. Яковлева, В. В. Найден-ко, В. С. Дикаревского, чл.-корр. РААСН М. И. Алексеева, профессоров В. К. Донченко, Ю. А. Ермолина, В. С. Игнатчика, Ю. А. Ильина и др.

Кроме того, были проанализированы работы ведущих в России научно-исследовательских организаций и профилирующих кафедр вузов РФ: ВНИИ ВОДГЕО, НИИКВОВ, МосводоканалНИИпроекта, МГСУ, СПбГАСУ, НГАСУ и др., а также опыт эксплуатации систем водоотведения российских и зарубежных городов: Москвы, Санкт-Петербурга, Петрозаводска, Уфы, Парижа, Гамбурга. Стокгольма. Хельсинки и др.

Многообразие факторов, влияющих на работу СВКГ, сложность их качественной и количественной оценки воздействия на конечный результат, затрудняют выбор приоритетных направлений по совершенствованию системы водоотведения и повышению ее эффективности. Сложность решения проблемы во многом обусловлена финансовыми и ресурсными ограничениями, в рамках которых функционирует реальная СВКГ. Причем, как правило, наиболее очевидные решения, например по снижению загрязнений, поступающих в окружающую среду, требуют значительных денежных затрат, связанных с расширением и (или) модернизацией системы водоотведения, применением новых технологий и др.

Поэтому значительный интерес для практики представляет повышение эффективности СВКГ за счет более рационального использования существующих мощностей, сокращения эксплуатационных затрат.

Для СВКГ с децентрализованной схемой, с элементами кольцевания сетей и узлами переключения, актуальным является, особенно при общесплавной системе водоотведения, управление транспортировкой сточных вод.

Выбор из множества факторов, влияющих на эффективность работы такой сложной системы, какой является СВКГ, наиболее весомых, их сравнительная оценка с целью выбора приоритетных направлений, является сложной задачей, требующей системного подхода и анализа

При решении таких задач могут применяться квалиметрические методы, в частности метод экспертных оценок, когда учитывается мнение многих специалистов. Данный подход был использован и в нашей работе. Мнение специалистов учитывалось уже на стадии выбора и формулировки факторов, так как не всегда удается выделить (разделить) взаимосвязанные процессы, относящиеся к эксплуатации СВКГ. Условно все факторы, влияющие на состояние и результаты работы СВКГ, были разделены на две группы: "внешние" и "внутренние".

К "внешним" факторам были отнесены: общая политическая, экономическая и экологическая ситуации; нормативно-правовая база; система Управления городским хозяйством города; система финансирования инвестиций, тарифная политика; отношения с административными органами, абонентами, средствами массовой информации, международными фондами и др.

К "внутренним" факторам - факторы, непосредственно связанные с работой СВКГ и эксплуатирующей ее организацией - "Водоканалом".

"Внутренние" факторы были приведены к четырем группам:

I. Техническое состояние СВКГ - уровень технических решений (па стадии проектирования и реализации) и их соответствие современным требованиям, сроки службы элементов СВКГ, их пропускная способность (мощность), надежность и др.;

II. Возможности технической эксплуатации — оснащенность необходимой техникой, оборудованием, инвентарем, запасными частями, вспомогательным оборудованием, материалами, их соответствие современным требованиям и доступность;

III. Организация Управления СВКГ и ее технической эксплуатацией - мониторинг, система контроля и управления технологическими процессами, АСУ ТП, диспетчеризация и др.;

IV. Экономика, организация и планирование в системе "Водоканала" - планово-экономические показатели и методы их достижения, планирование технического перевооружения СВКГ, кадровая политика, социальные условия, организационная структура и др.

На значимость факторов влияет дефицит (или его отсутствие) потребных мощностей СВКГ, техническое состояние и сроки службы элементов системы водоотведения на момент проведения экспертных оценок, ценовая (тарифная) политика с учетом степени финансирования инвестиций в СВКГ, заложенных в тарифы на услуги системы водоотведения и др.

Для условий С.-Петербурга на конец 1999 г. значимость факторов составила:

Внешние - 0,11(0,09)*

Внутренние

1 группа - 0,3

2 группа - 0,23 (0,24)

3 группа - 0,21

4 группа - 0,15(0,16)

* - в скобках данные, прогнозируемые на 2005 г.

При постепенном переходе к самофинансированию и окупаемости

услуг за пользование системой водоотведения влияние внешних факторов снижается.

При дефиците мощностей СВКГ относительная значимость фактора организации Управления СВКГ возрастает. Это связано с необходимостью более рационального использования имеющихся мощностей СВКГ и здесь фактор Управления играет важную роль.

Если при оценке эффективности работы СВКГ исходить только из "внутренних" факторов без учета дефицита мощностей системы водоотведения, т.е. оценивать исходя из существующего положения с учетом потребностей в ремонтах, то весомость принятых факторов при экспертных оценках оказалась следующей:

I группа - Техническое состояние СВКГ - 0,27;

II группа - Возможности (оснащенность) технической эксплуатации СВКГ - 0,29;

III группа - Организация Управления СВКГ и ее технической эксплуатации - 0,28;

IV группа - Экономика, организация, планирование и управление в системе "Водоканала" - 0,16.

Полученные методом экспертных оценок уровни значимости отдельных факторов и выбор самих факторов нельзя распространять на системы водоотведения всех крупных городов, так как они будут зависеть от существующих условий и состояния СВКГ в конкретном городе, принятой организационной структуры "Водоканала" и т.д.; однако может быть использована методология подхода к выбору приоритетных направлений, позволяющих повысить эффективность СВКГ.

Системный анализ условий, влияющих на эффективность СВКГ, с учетом уровня значимости факторов позволяет выявить приоритетные направления совершенствования, развития и инвестиций в СВКГ.

Полученные уровни значимости факторов нацеливают на необходимость дальнейшего улучшения технического состояния системы водоотведения, совершенствование организационной структуры, методов и средств управления и технической эксплуатации.

При переходе на тарифы, обеспечивающие окупаемость услуг водоотведения и финансирование неотложных инвестиций в СВКГ, возрастают требования к точности учета расходов сточных вод у абонентов. При управлении потокораспределением в канализационной сети, направленном на отведение и очистку наибольшего количества сточных вод с наименьшими затратами, также необходимо измерять расходы и объемы сточных вод. Это особенно актуально для городов с общесплавными системами

водоотведения при большой территории (площади водосбора), где имее-место большая неравномерность выпадения дождей по площади и соот ветственно разная степень загрузки коллекторов, насосных и очистныз станций по отдельным бассейнам стока в определенные временные отрез ки. Применяемые в настоящее время ультразвуковые (УЗ) и другие расхо домеры, основанные на измерении уровня (наполнения) жидкости шн уровня жидкости и средней скорости потока в трубопроводе при частич ном его заполнении, требуют анализа гидравлических закономерностей движения жидкости и оценки погрешностей измерения расходов.

Загрязненность сточных вод, так же, как и их расходы, не являете) постоянной в течение суток и по отдельным суткам в течение года, осо бенно это характерно для общесплавной канализации. Объемы поступле ния загрязнений в водоемы из системы водоотведения связаны с расхода ми стоков, их загрязненностью, степенью очистки на КОС и с объемам! аварийных и прямых сбросов сточных вод в окружающую среду, поэтом] вопросы необходимой степени очистки, объемов допустимых сбросов за грязняющих веществ с учетом экологически допустимой нагрузки на во доемы, колебаний расходов и концентраций загрязнений сточных вод тре буют дополнительного изучения и анализа.

Надежность системы водоотведения - это ее способность с опре деленной вероятностью обеспечивать отведение и очистку сточных вод ] заданных объемах (расходах) и показателях качества.

Вероятность Р(() и продолжительность Т безотказной работа

системы, по которым находятся относительные объемы отводимых и очи щаемых сточных вод - основные показатели надежности. Их численньк значения зависят от интенсивности отказов (А.) и восстановления (ц) п<

отдельным элементам системы. На величины X и ц, а следовательно, I на надежность системы, оказывают влияние принятые проектные решения условия и степень их реализации при строительстве, условия эксплуата ции.

Интенсивность отказов, например, для сети, связана с видом и ка чеством материалов и работ при строительстве сети, зависит от условш эксплуатации (обслуживания сети), состава и вида загрязнений сточньп вод, гидрогеологических условий, динамических нагрузок от транспорта I др.

Ремонтопригодность зависит от принятой технологии ремонтных I других работ, связанных с ликвидацией отказа, квалификации персонала I технического оснащения ремонтных бригад, местных и др. условий (грун ты, глубина залегания грунтовых вод, доступность аварийного места)

Для насосных станций надежность будет зависеть от технических характеристик насосных агрегатов, условий их эксплуатации, общего количества рабочих и резервных агрегатов, технологии проведения ремонтных работ и др.

Для КОС надежность определяется техническим состоянием воздуходувного оборудования, насосных агрегатов, механического оборудования и устройств, запорной арматуры, герметичностью и состоянием сооружений, трубопроводов, лотков, наличием или отсутствием резервного оборудования, сооружений, запаса в пропускной способности и др.

Степень надежности или возможность ее повышения может закладываться уже на стадии проектирования за счет резервирования оборудования, кольцевания сетей, выбора более надежного оборудования, технологии и т.д.

В процесс эксплуатации надежность может повышаться за счет совершенствования технологии и снижения времени проведения ремонтных работ.

Под эксплуатационной надежностью будем понимать показатели надежности, реально возникающие (или те которые можно достигнуть) в процессе эксплуатации. Они могут быть как больше, так и меньше проектных, ориентированных на определенные условия.

Оценить по степени надежности отдельных элементов, которых в СВКГ насчитывается десятки тысяч, надежность всей системы практически не представляется возможным. Такой подход можно использовать только при оценке надежности отдельных структурных элементов СВКГ (НС, элементов КОС, участков сети, выпусков и др.). Для всей СВКГ и крупных структурных элементов ее целесообразно проводить оценку эксплуатационной надежности по обобщающим характеристикам. В качестве такой обобщающей характеристики может быть принята доля (процент) сточных вод, пропускаемых (перерабатываемых) системой водоотведения, ко всему объему сточных вод, направленных в СВКГ за принятый расчетный период (сутки, месяц, год и др.).

В этом случае надежность структурных элементов и всей СВКГ оценивается по их основному функциональному назначению позволяет легко переходить к количественным показателям, характеризующим экологическую и экономическую эффективность СВКГ.

В программу работ были включены исследования:

• гидравлических характеристик и закономерностей движения жидкости в сетях систем водоотведения;

• режимов поступления, загрязненности и необходимой степени очистки городских сточных вод с учетом экологически допус-

тимых сбросов;

• надежности элементов СВЬСГ и обоснования требуемых эксплуатационных характеристик по допустимой частоте отказов и ремонтопригодности;

« технологического управления СВЬСГ, включая математическое описание поиска оптимального потокораспределения в СВКГ с целью наиболее эффективного использования, существующих сооружений СВКГ и минимизации ущерба окружающей среде;

• экономической оценки эффективности функционирования СВКГ и совершенствования организационной структуры управления.

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В СЕТЯХ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ

2.1. Равномерное безнапорное течение жидкости в трубах

Сточные воды транспортируются в основном по трубам и коллекторам круглого поперечного сечения, а на КОС по лоткам прямоугольного поперечного сечения. Прямоугольные сечения коллекторов встречаются и на отдельных участках канализационной сети.

Дождевые и общесплавные сети, как правило, рассчитывают на полное заполнение, а бытовые - на частичное. Причем, дождевые и общесплавные сети при полном заполнении или в напорном режиме работают очень непродолжительное время. Поэтому вопрос о пропускной способности труб круглого сечения при различной степени заполнения а = И]Б представляет большой практический интерес.

Измерение скоростей в каналах показало, что максимальная скорость потока находится не на свободной поверхности, а несколько ниже ее. Объяснение этого факта наличием трения между водой и воздухом на свободной поверхности не подтверждаются опытами Базена, в которых обнаружено, что гидравлическое сопротивление потока не зависит от направления ветра (скорость ветра превышала во много раз скорость воды) вдоль или против течения. Увлекаемая масса воздуха невелика и работа, затраченная на перемещение воздуха по сравнению с работой гидравлического сопротивления потока, ничтожна.

Вместе с тем Базен сформулировал вывод о том, что свободная поверхность, несмотря на отсутствие трения на ней, сильно влияет на распределение скоростей в сечении потока.

До последнего времени считалось, что в безнапорных каналах с "правильной" формой поперечного сечения, влияние ее на величину потерь напора может быть оценено с приемлемым приближением всегда с помощью гидравлического радиуса. Однако, далеко не всегда обеспечивается такое положение. Это следует из результатов исследований данного вопроса Базена, Г. Калегана, В. Т. Чоу, X. Рауза, К. Шиха и Н. Грилла, Э. Марки, О. Киршмера, X. Вагнера, Ю. А. Ибад-Заде и И. А. Шеренкова, Л. А. Тепакса, Л. Н. Нероновой и Ю. П. Титова, Н. Д. Касьяновой, Г. П. Скребкова и др.

Многочисленные исследования последних лет показывают, что безоговорочное распространение результатов, полученных при исследовании сопротивления круглых напорных труб, на безнапорные потоки путем замены диаметра трубы гидравлическим диаметром открытого потока не всегда приводит к удовлетворительным результатам.

В закономерностях движения безнапорных потоков в трубах пер-вастепенную роль играют граничные условия на свободной поверхности, которые резко отличаются от условий на стенках. Эти условия влияют на распределение скоростей и касательных напряжений. Как в потоке, так и на его стенках.

Использование основного уравнения равномерного движения

=Р£ш/х/ = Р£Л/, (2.1)

позволяющее подсчитать среднее касательное напряжение т0 на стенках потока (по смоченному периметру %), служит единственным источником информации о касательных напряжениях.

Свободная поверхность, несмотря на отсутствие трения на ней, сильно влияет на распределение скоростей в сечении потока. Установлено, что в большинстве случаев максимальная скорость расположена ниже свободной поверхности. В результате свободную поверхность при половинном наполнении трубы нельзя рассматривать как аналогию с горизонтальной плоскостью симметрии потока при полном заполнении трубы.

В плоскости свободной поверхности турбулентный перенос количества движения в вертикальном направлении сильно ограничен, в то время как такого ограничения на горизонтальной плоскости симметрии напорного потока нет. Это ограничение вертикального переноса компенсируется горизонтальным за счет вторичных течений в поверхностном слое.

Рассматривая перенос количества движения в вертикальном направлении (по оси 1 ) и выражая напряжения т, по Прандтлю через мгновенные величины скоростей в вертикальном (7) и продольном (X)

направлениях тг = -рихи2, в результате осреднения по времени с учетом пульсационных составляющих (и'х; и\) получаем:

Представляя касательные напряжения за счет пульсационного переноса через коэффициент турбулентного перемешивания ц т:

из уравнения (2) следует, что градиент скорости на свободной поверхности возникает за счет образования вторичного течения с составляющими скоростей их и иу , где иу - осредненные мгновенные величины скоростей в горизонтальном поперечном направлении.

Таким образом, вследствие неравномерного распределения касательных напряжений на стенках потока, торможение движущейся жидкости происходит также неравномерно в частях сечения, примыкающих к участкам периметра с разными граничными условиями. Вторичные течения направлены всегда из зоны с наибольшими скоростями в пристеночные зоны с наибольшим торможением (угловые участки сопряжения свободной поверхности со стенками трубы). Количество движения, переносимое вторичными потоками, имеет величину, соизмеримую с величиной количества движения, переносимого пульсационными составляющими скоростей. Наибольшие скорости вторичных течений наблюдаются вблизи стенок потока, где составляющая скорости в плоскости сечения потока не превышает 3 % от продольной составляющей скорости.

Расположение максимальных скоростей ниже свободной поверхности является следствием влияния вторичных течений, а не трения между водой и воздухом, как считают некоторые исследователи.

Наложение поперечных скоростей вторичного течения на продольные скорости приводит к образованию косых волн, которые всегда наблюдаются на свободной поверхности потока в трубе в виде ряби без затухания и особенно рельефно видны при наполнении трубы примерно 0,81).

Вторичные течения влияют на распределение скоростей в сечении потока, как выравнивающий фактор. Оценить роль вторичных течений в процессе диссипации энергии непосредственно пока не представляется возможным. Однако косвенно это влияние проявляется в том, что средние скорости потока при наполнениях трубы больше 0,30 меньше рассчитанных по формуле Шези через гидравлический радиус. Многочисленные опытные данные Скобея, Вилкокса, ЛИСИ, Козени, Козина В.Н. и других

тг =-рихих-риХ ■

(2.2)

(2.3)

авторов не подтверждают зависимость б/бп = Е>) или v|vn — ^(А/о), полученную по формуле Шези (график "рыбка"), которая

до сих пор используется в расчетной практике.

Опыты показывают, что при наполнениях трубы более половины максимальные скорости остаются в центре трубы и ниже горизонтальной оси сохраняется постоянство относительного дефицита средней скорости, а следовательно, касательных напряжений на стенках трубы. В таком случае силу касательных напряжений Рдяп можно считать пропорциональной относительной площади центрального сектора потока, замыкающегося на ширину свободной поверхности, т.е.

(2.4)

где /\;Т - сила касательных напряжений вдоль смоченного периметра трубы; о)ст=а-а>с„, га - площадь живого сечения потока; сос п - площадь сектора, замыкающегося на ширину свободной поверхности; -площадь потока, ограниченная смоченным периметром.

Из уравнения равномерного движения

РЕ®' = ^сг + ^до„ = ТстХсг (1 + Шсп /®ст ) (2-5)

и, имея в виду, что со =сосг(1 + сос п/шсг) получаем при а > 0,6 независимость гидравлического радиуса Лст =сост/хст = В!4 и, следовательно, касательных напряжений от степени наполнения трубы. Выражая касательные напряжения тст при полном наполнении трубы через среднюю скорость

*ст=Р^П*72£ = Р5Г0//2, (2.6)

получаем при наполнениях а > 0,6 уклон трения

(2.7)

/

не зависящим от степени наполнения, что хорошо согласуется с экспериментальными исследованиями.

При наполнениях а > 0,6 свободная поверхность влияет на распределение скоростей в сечении потока, ибо вторичные течения увеличивают выравнивающий эффект турбулентности, расчетный гидравлический диаметр, входящий в формулу Шези, уже зависит от степени наполнения, его величина будет меньше 4 со// и может быть принята по экспериментальным данным. Предлагаемые значения скоростей и расходов при различной степени наполнения труб и величины их максимальных отклоне-

ний от значений, вычисленных по формуле Шези, приведет! в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Предлагаемые значения 2/Опр н Огпр/£) при различном наполнении в круглых трубах

а = h/D 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95

DrJD 0,25 0,48 0,68 0,78 0,88 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

v/vnp 0,33 0,56 0,74 0,84 0,92 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Q/Q« p 0,01 0,08 0,18 0,31 0,46 0,63 0,75 0,86 0,95 0,98

5v=S0, % 0 0 3 7 8 8 13 16 14 10

Здесь Dr„r = 4RIip - приведенный гидравлический диаметр или гидравлический радиус, через который можно определять среднюю скорость по формулам Дарси или Шези; 5v и 8Q - максимальные отклонения средних скоростей или расходов, вычисленных по приведенным рекомендациям и по формуле Шези через гидравлический радиус.

Для практических расчетов в диапазоне 0,25 < h/D < 0,9 предлагается весьма простая формула:

QIQnp =134(A/D)-0,22 . (2.8)

При заполнении h/D =1,0 можно принимать расход Q„р , вычисленный для напорного потока при заданном уклоне, что позволяет использовать универсальные методы расчета напорных и безнапорных трубопроводов.

Для использования современных ультразвуковых расходомеров требуется знать распределение скоростей в потоке и взаимосвязь измеряемых скоростей на свободной поверхности потока со средней скоростью.

Ниже предлагается соответствующее решение по распределению скоростей потока жидкости в каналах прямоугольного сечения.

Исследования движения жидкости в трубах и каналах обычно проводились с целью определения их пропускной способности в зависимости от продольного уклона или потери напора.

Касательные напряжения от сил трения на площадках, перпендикулярных осям Y и Z, могут быть представлены в дифференциальном уравнении равномерного движения вдоль оси X:

dxyJdy + dxz/dz = ср/дх. (2.9)

В потоке происходит диссипация механической энергии. При ламинарном режиме движения для напряжений сил трения справедлив закон

Ньютона

т = \xdii I с!п, (2.10)

и задача сводится к решению уравнения Пуассона

д^/ду1 +д2и/д?2 //ц = 0 (2.11)

при следующих граничных условиях: скорости и = 0 на стеках канала и ди/5п = 0 на свободной поверхности.

Здесь т - касательное напряжение на площадке поверхности соприкасающихся слоев движущейся жидкости; ди/Ъп - градиент скорости

и по нормали п к рассматриваемым слоям жидкости; ц - динамический коэффициент вязкости жидкости.

Структура турбулентного потока настолько сложна, что, несмотря на важные результаты, изложенные в работах А. Н. Колмогорова, Л. Г. Лойцянского, М. Д. Мшшионщикова, А. Н. Патрашева, А. В. Тана-наева, Л. Прандтля, Т. Кармана, Л. Тепакса и др., до сих пор не создано достаточно строгой теоретической базы.

Так по данным Л. Тепакса и Ж. Госса коэффициент турбулентной вязкости имеет максимальное значение на оси трубы,, по данным Никурад-зе - посередине между осью и стенкой трубы. Ж. Буссинеск, Л. Прандтль, А. Д. Альтшуль принимают турбулентную вязкость пропорциональной расстоянию от стенки, а А. В. Тананаев - постоянной по сечению трубы, что совпадает с предложениями А. Фортье и Г. Базена. К. В. Гришанин считает, что коэффициент турбулентной вязкости вблизи свободной поверхности открытых потоков должен обращаться в нуль, а опыты Д. И. Гринвальда не дают оснований для подобных утверждений.

Вместе с тем решения, основанные на различных представлениях об изменении Цт принципиально отличаются между собой при граничных условиях на стенках трубы и в центре, без существенных количественных расхождений в значениях коэффициента трения X.

Наше решение основано на предложении А. М. Курганова о том, что произведение местной скорости и на вязкость по сечению потока одинаково как при ламинарном, так и при турбулентном движении, т.е.

Ил "л = РИт% = Р81НУ,?) , (2.12)

где цл и цт - коэффициент динамической вязкости жидкости при ламинарном и турбулентном потоке; ия и ит - местные скорости по направлению движения ламинарного и турбулентного потоков; /г(у, £) - функция распределения скоростей в поперечном сечении потока; р - коэффициент, учитывающий изменение гидравлических сопротивлений при турбулент-

ном режиме.

При решении дифференциального уравнения (2.11) с учетом (2.12) получено:

и/ио = Р*(у,г)/р* (у0»2о)' (2-13)

где щ - скорость в некоторой точке сечения с координатами у0 и г0.

Предлагаемое решение принципиально удобно тем, что функцию Ду, г) для рассматриваемого сечения можно получить путем решения уравнения Пуассона (2.11), справедливого для ламинарного режима. Причем в этом решении всегда выполнены граничные условия: и = 0 на стенках канала и ди/дп = 0 на осях симметрии.

На основании обработки опытных данных А. М. Курганов предлагает принять Р - 1,ЗлУХ .

Решения уравнения (2.11) нами производилось вариационными методами Б. Г. Галеркина или Л. В. Канторовича.

При решении методом Б. Г. Галеркина для удовлетворения второго граничного условия ди/дп = 0 на свободной поверхности безнапорного потока заданный профиль дополнялся симметричным ему относительнс линии свободной поверхности, и решение производилось для полученного замкнутого "расчетного" сечения.

В результате решения уравнения (2.11) получены закономерности распределения скоростей при ламинарном течении.

Для потока в прямоугольном канале шириной Ь и глубиной Л прр расположении осей координат в середине свободной поверхности и на правлении оси 2 вниз, при И>Ь/2 (в гиперболических функциях) имеем г \ / ->

и

V макс У

1-

4у

сА1,58 • 2 Л/6 - сй1,58 • 2 г/Ь

сА1,58-2Л/6-1

(2.14;

при турбулентном движении в результате интегрирования по площади се

чения и принимая

и

\ макс /т

и

V макс У л

, получим выражение для нахожде

ния относительной средней скорости потока у:

2 + Зр+р

сА1,58-2Л/6 сЛ1,58-2/г/й-1,

1 - (0,791 - 0,158р)—/А1,58 -2И/Ь (2.15) 2й

Относительные значеши средней скорости по осям сечения будут:

при2 = 0 27у/А = а/1-(г/«ликсР , (2.16)

приу = 0 с111,5$-22г/Ь = М,5Ъ-2И/Ь-(ск1,5В-2И/Ь-1)(у/иЛ1аке)1®.

(2.17)

Для потока в канале глубиной И = Ь/.2 имеем:

г \

и

Чумаке /л

1 +

,, 2 2 15 у +2

у/и = 2,42Р

! макс '

74 Л

2 '

1+0,48р~0,35р

2 3

^1-и,8зр+р +о,1бр ;

при г = О

и при .у = О 'г/Ь-Ф-Ь/«^ ■

Для потока в прямоугольном канале глубиной А < ¿/2

' -(и.'/*»)

\^Имакс Ул

У!и макс

4 + Р-З

2 + Зр + р

б у сй1,58--сй1,58-

2И_Л

Ь

сИ 1,58--1

2 А

А ^

сЛ1,58— 2И Ь

сА1,58--1

2Й .

, ч 2рА Ъ

1-(0,791-0,158Р)—/А1,58—

Ъ 2А

(2.18)

(2.19)

(2.20) (2.21)

(2.22)

(2.23)

Р

при .у = О и при 2 = 0

(2.24)

(2-25)

1,58у„ /А = сЫ, 58--сА1,58--1

2А I 2А . В табл. 2.2 приведены результаты расчетов по определению соотношения скоростей у/«макс в прямоугольных каналах.

Таблица 2.2

ЫЬ в узких каналах ЫИ в широких каналах Соотношение в прямоугольном канале при различных р (в скобках значения X)

0,10(0,006) 0,15(0,013) 0,20 (0,024) 0,25 (0,037) 0,30 (0,053)

0,5 2 0,915 0,88 0,84 0,808 0,778

1 4 0,92 0,883 0,856 0,817 0,77

2,5 10 0,935 0,912 0,876 0,853 0,827

5 20 0,944 0,918 0,893 0,868 0,846

10 40 0,948 0,923 0,899 0,878 0,856

Полученные зависимости позволяют находить координаты точки в поперечном сечении потока, в которой продольная скорость равна средней скорости потока.

2.2. Неравномерное безнапорное установившееся движение воды в трубах

Если в конце коллекторов, проложенных с уклоном менее ^ , устраивается перепад, то на гребне этого перепада устанавливается критическая глубина, отличная от глубины равномерного движения, и на некоторой длине коллектора будет наблюдаться кривая спада неравномерного движения.

Если же в конце коллекторов устанавливается регулирующий щит, то перед щитом глубина потока может быть больше глубины равномерного движения и будет наблюдаться кривая подпора неравномерного движения.

Основное уравнение неравномерного движения имеет вид

/ = / = (2.26) 0 а '

где I - уклон свободной поверхности потока; ц - уклон дна коллектора; у- уклон трения.

Уклон трения при плавно изменяющемся и безотрывном движении эбычно выражают теми же зависимостями, что н в случае равномерного движения. Выразим его через модуль расхода К, т.е. /у =011К2 . Уравнение (2.26) в результате преобразований запишем в виде

(2.27)

'о-Я21К2

или для водоводов диаметром В, проложенных с положительным уклоном

'о>0,

¡.¿ИВ=К*[Х~^Х)с1а . (2.28)

к} -е.2

Здесь а = МО - степень заполнения коллектора; К. -К!К„ ~ Да) -относительный модуль расхода при степени заполнения а, кй2

К„ =©„ - модуль расхода при полном за-

полнении коллектора диаметром Б ; Бг = (¿В^со3 - число Фруда; (), =

0/<2п, Qn - расход при полном заполнении трубы с уклоном | /01.

Разбивая задашшй поток по длине на ряд участков и определяя средние значения К, и ш3/В в пределах рассматриваемого участка, можно вычислить по формуле (2.28) расстояние между сечениями, глубины в которых соответственно равны Их и Л2, и таким образом построить кривую свободной поверхности потока. Такой расчет нетрудно производить на компьютерах.

Расчет неравномерного безнапорного движения в трубах значительно упрощается с помощью аппроксимирующих функций. С достаточной для практики точностью полагаем возможным принять:

при а <0,8 К} = 1,74 а3, при а >0,8 К* ~ 1; (2.29)

при а < 0,9 ю3/В = 0,95 £>5а4. (2.30)

В таком случае в результате интегрирования уравнения (2.28) получаем:

при /о> О

-а (^У

6 1+Л1 (1-п2)2

(2.31)

а0

-р аг^

/

при /0 = О

2,3 -^//Я^-я'+^ьА;

(2.32)

при /0 < О

(2.33]

>/3 I

(

з'

Здесь г) = А / И0, = Д а0 = / О; в случае /0 < О, А0 - нормальная глубина фиктивного (движущегося в обратную сторону) равномерного потока с уклоном I /01.

Полученные решения позволяют объяснить тот факт, что истечение из трубопровода в атмосферу почти всегда происходит при неполном наполнении трубы.

Анализ условий истечения потока из трубы в атмосферу показывает, что даже при очень больших расходах наполнение трубы в конце не достигает 1,0, так как ак < 1,0 , хотя участок неполного наполнения может быть очень коротким.

Вычисления по формулам (2.31)-{2.33) показали, что при безнапорном неравномерном движении с перепадом можно обеспечить пропус* по трубопроводу расходов, превышающих расходы равномерного движения при полном наполнении.

Если длина трубопровода будет меньше указанной, то наполнение в начале его не будет полным. Все это приводит к выводу о возможность увеличения пропускной способности трубопровода по сравнению с расходом равномерного движения за счет обеспечения кривой спада по его длине, или к уменьшению расчетных диаметров для пропуска заданных расходов.

Расчет кривой свободной поверхности необходим также при использовании свободной емкости коллекторов за счет повышения уровня сточных вод в коллекторе от кривой спада до свободной поверхности, отвечающей равномерному их движению. Никакого спада свободной по-

верхности сточных вод при этом в коллекторе не создается и устанавливается равномерное движение жидкости с постоянной расчетной скоростью.

Использование свободной емкости подводящих коллекторов в ряде случаев целесообразно при автоматизации насосных станций, когда обеспечивается заданный режим работы насосных агрегатов. В этом случае свободная емкость коллектора может добавляться к объему приемного резервуара.

-Добавочная емкость коллектора равна объему^ ограниченному свободными поверхностями при равномерном и неравномерном движениях. Расчет должен вестись от конца коллектора, где устанавливается глубина, близкая к критической.

В 1936 г. Хантер Рауз предложил использовать перепады для измерения расходов воды. При этом, вместо учета действия центробежных сил была принята гипотеза о наличии постоянного отношения между конечной и критической глубинами на перепаде. Для прямоугольного горизонтального подходного участка перепада на основании эксперимента было предложено

Иу =0,715/^ =Суйк. (2.34)

Расход Q и критическая глубина йк определяется через измеряемую глубину Иу над уступом перепада:

2 = (2.35)

где ц - безразмерный коэффициент расхода, определяемый через значение Су\ ц = 1/Су'5 (стандартом ИСО 3847 рекомендуется для истечения в прямоугольном канале с боковым сжатием ц = 1,66, а без бокового сжатия -ц = 1,69), Ь - ширина подходного участка канала.

В потоке на уступе гидростатический закон распределения давления, при котором получена зависимость (2.26), не выполняется. На верхней и на нижней поверхностях струи на уступе господствует атмосферное давление. Так как частицы воды движутся по сближающимся теоретическим параболам брошенного тела, то внутри струи возникает противодавление р (сверх атмосферного давления). Измерения в струе на водосливе с тонкой стенкой показали, что максимум противодавления находится в нижней части струи (табл. 2.3).

Если давление в струе на уступе считать по всему сечению атмосферным, то удельная энергия сечения будет равна:

Эу=2цл, + ауГу/2£, (2.36)

где - расстояние от нижней точки дна сечения до центра тяжести площади сечения.

Таблица 2.3

Распределение давления и скорости в струе высотой к

Расстояние от дна (h-z)/h 0 0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Давление plpgh 0 0,098 0,159 0,180 0,182 0,170 0,145 0,114 0,084 0,042 0

0,946 0,855 0,778 0,721 0,666 0,632 0,60 0,571 0,536 0,519 0,5

Критическая глубина плавно изменяющегося движения устанавливается в сечении потока вблизи уступа, в котором распределения давления еще подчиняется гидростатическому закону. В этом сечении удельная энергия достигает минимума:

+ aQ2/2gvl =hK +0,5со JBK . (2.37)

При движении жидкости на рассматриваемом участке происходит трансформация потенциальной энергии в кинетическую за счет снижения уровня и уменьшения давления в живых сечениях по длине потока.

Применяя к отсеку жидкости, ограниченного сечением К с критической глубиной и сечением У на уступе, закон об изменении количества движения, получим:

ау02/^у "аоß2/«®« =(Vt. ш°)к -(0у Лр>(2.38)

где hnp = рп? jpg - средняя величина давления в струе на уступе.

При Q21g-<ü3K/BK и ау = а0 s 1,0, получим

3 2

О).. О)

(Oy в.. в..

= • (239)

Откуда имеем при /гцт =(Л-гцт') - давление в центре тяжести критического сечения

ш /сок =-£-. (2.40)

со +В h-z )---h В

к к V ил. К пр к

пр к

ю

При составлении уравнения проекций приращения количества движения и импульсов сил (2.38) не учитывались силы трения на внешних

границах потока.

Если не учитывать противодавление в струе (Ищ, ~ 0), то в прямоугольном канале

ку !кк =—!— = 0,667 .

1 + 0,5

Согласно данным табл. 2.3 средняя величина противодавления составляет 0,106Ик, тогда

А /Л --1--= — «0,715.

* 1,5-0,106 1,394

Так что влияние противодавления в струе на уступе приводит к увеличению соотношения йу/Л, от 2/3 (когда противодавление отсутствует) до 0,715.

Поскольку давление в струе на уступе зависит от толщины и ширины струи, поэтому и соотношения Ау/Ак получаются разными.

X. Роуз и В. Мооре рекомендуют Л/Ак = 0,765, Дмитриевский И. Г. - 0,7, В. Фразер - 0,71, Н. Хей и Е. Маркланд, М. Д. Чертоусов и М. М. Скиба - 0,67, Попов В. Н. - 0,69.

Эти особенности необходимо учитывать при измерении расходов и управлении потокораспределением в СВКГ.

3. РЕЖИМЫ ПОСТУПЛЕНИЯ, ЗАГРЯЗНЕННОСТЬ

СТОЧНЫХ ВОД И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДОЕМОВ

Режим поступления, количество сточных вод и степень их загрязненности влияют на условия работы КОС, процессы самоочищения в водоемах и их экологическое состояние.

Расходы сточных вод и концентрация загрязняющих веществ в них являются основными показателями при расчете количества загрязнений, поступающих в водоемы со сточными водами.

Концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых по бытовым сетям канализации, изменяется незначительно по часам суток и дням года. По основным ингредиентам она может определяться по СНиП 2.04.03-85 - Канализация. Наружные сети и сооружения. При поступлении в городскую канализацию производственных сточных вод концентрации могут отличаться от нормативно-расчетных и требуют проверки.

В общесплавных сетях величины концентраций загрязнений изменяются в более широких пределах и выявление их численных значений является весьма важным. В том числе эти данные необходимы для внесения в программу управления потокораспределением в СВКГ и режимом работы КОС.

Значительные изменения расходов и концентраций загрязнений е сточных водах в общесплавных сетях наблюдаются во время дождей и е период снеготаяния. В сухую погоду нагрузка снижается, и она относительно равномерна (Кч = 1,1-1,2).

В международной практике проектирования очистных сооружений комбинированной системы водоотведения требования к качеству очисти заключаются в соблюдении заданной среднегодовой концентрации загрязняющих веществ в сбрасываемой сточной воде. Для региона Балтийского моря требования к качеству очистки сточных вод определены рекомендациями Хелкома - исполнительного органа стран, подписавших Хельсин-скую конвенцию об охране вод бассейна Балтийского моря от загрязнений согласно которой среднегодовая концентрация загрязнений очищенны> сточных вод не должна превышать, мг/л: азота общего - 10 (с последующим снижением до 8-9), фосфора общего - 1,5; БПК5 не должно бып больше 15. В отдельные периоды года и на разных очистных станциях го рода допустимы колебания указанных показателей, но при условии соблю дения регламентируемой среднегодовой величины в целом по городу. Е отечественной практике установились более жесткие требования к полно! биологической очистке городских сточных вод: БПКполн=Свзвв < 15 мг/л Следовательно, среднегодовая концентрация загрязнений по взвешенньш веществам и БПКполн не должны превышать Ссрг = 15 мг/л.

Снижение содержания загрязнений в очищенной воде по азоту I фосфору до указанных величин (соответственно 10 и 1,5 мг/л) может быта достигнуто путем биологической очистки сточных вод в аэротеиках с ана-эробно-аноксидными зонами, а по фосфору, при необходимости, - доочи-сткой с использованием реагентов.

Условие соблюдения допускаемой величины среднегодовой концентрации загрязнений в очищенной воде Сср г с учетом пропуска дождевого или талого стока выражается в виде

ср г~ цг ,ту ср.г.доп' V-*- '

сух ПОВ.ОВ

где Сф г - расчетная среднегодовая концентрация загрязнений в очищенной воде общесплавных очистных станций Санкт-Петербурга;

Сср г доп - то же, допустимая среднегодовая концентрация, нормированная Хелкомом; Ссух - средняя концентрация загрязнений в очищенной воде во время работы сооружений в сухую погоду; Ссмср - средневзвешенная

концентрация загрязнений в очищенной воде в расчете на суммарный годовой объем стока; 1¥сух - объем стока в сухую погоду за теплый или холодный периоды года: 1Усух = 1¥суХ1 + ^сух2; /^сух1 - объем стока в сухую погоду за теплый или холодный периоды года; Жсух2 - объем "сухого" стока в смеси с дождевыми или талыми водами; РГП0В оч - годовой объем поверхностного дождевого 1¥ят или талого №т оч стока, принимаемого на очистку. При определении Сср г для теплого периода года №повоч = №ят, для холодного периода №повоч = 1Ут оч.

Или отдельно для теплого и холодного периодов: при пропуске суммарного объема сточных вод, содержащего дождевой сток,

при пропуске суммарного объема сточных вод, содержащего талый сток,

средняя за год концентрация загрязнений в очищенной воде

^.г^срд+^-^срт . (3-4)

где доля продолжительности работы КОС при поступлении дождевых вод от продолжительности теплого периода года; - то же при поступлении талых вод от продолжительности холодного периода года;

а3 = 1УЛ.оч /ГГсух ; а4 = К.оч/^сух ' а5 ~ Д0ЛЯ ПОСТуПЛеНИЯ СТОЧНЫХ ВОД В

теплый период года. Для Санкт-Петербурга можно принимать следующие значения: а, =0,05; а2= 0,07; а3= 0,07-0,1; а4 = 0,06 - 0,09; а, =0,56. Большие значения аъ и а4 соответствуют перспективе при поступлении на очистку всего поверхностного стока.

Формулы (3.2)-{3.4) позволяют проверить соблюдение требований

к качеству очищенных сточных вод.

Обозначения в формулах (3.2) и (3.3) те же, что и в (3.1). Величины и С с индексом "д" означают объемы и концентрации, относящиеся I дождевому стоку, с индексом "т" - к талому. Значения ^доч и 1УТ0Ч -

объемы стока, допустимые к приему в аэротенки.

Результаты исследований по загрязненности сточных вод и соот ношениям суточных и среднечасовых расходов, поступающих на КОС пс общесплавным коллекторам системы водоотведения С.-Петербурга, при ведены в табл. 3.1, 3.2 и 3.3.

Оценка воздействия сточных вод, поступающих в водоемы и СВКГ, на их состояние должны проводиться с учетом не только гигиени ческих и рыбохозяйственных, но и экологических нормативов.

Таблица 3.1

Концентрация загрязнений в сухую погодз

Показатель загрязнений Концентрация загрязнений, мг/л

по данным измерений расчет ио-нормативная при <7уд = 420 л/сут на 1 жителя

Взвешенные вещества 151-158 155

ХПК 281-312 261-286

БПКП0ЛН 178-200 179

БПК5 97-99 130-143

Азот общий 29,4-25,7 28,6-26,2

Азот аммонийный 22,1-19 19

Фосфор общий 4,3-4,5 4,5

Фосфаты 2,1-1,8 3,5

Часть годового количества дождевых Ждоч и талых Жт оч вод (| долях единицы от Жгод), которая поступит на биологическую очистку будет зависеть от величины относительного допустимого часового расход; (й:ум/2сух)ч оп (среднего за 6-9 ч максимального притока).

Таблица 3.2

Соотпошеннл С^С^ в период прохождения дождевого н талого стока

Показатель загрязнений Значения при

1,2 1,4 1,6 1,8 2

Взвешенные вещества 1.4 2 2,5 3 3,5

БЖти, ХГОС, Б ПК 5 0,9 1 и 1,4 ' 1,5

Фосфор общий 0,96 0,94 0,92 0,9 0,89

Азот общий 0,93 0,89 0,85 0,82 0,8

* Сси и Оу, - концентрация загрязнений в смеси всех видов стоков и в стоке в сухую погоду, осредненные за время поступления стока с расходом Qcyк; бсум и <2сух - среднечасовые расходы тех же вод за тот же период времени.

Таблица 3.3

Соотношение относительных суммарных суточных м среднечасовых расходов стопных вод, поступающих в аэротенкп за 6-9 ч максимального притока

(0сум/ £?сух)сут Значения дап при обеспеченности, %

5 10 20 40

1,1 1,40-1,30 1,35-1,25 1,30-1,20 1,25-1,15

1,2 1,50-1,45 1,45-1,40 1,50-1,35 1,45-1,30

1,3 1,75-1,55 1,70-1,50 1,65-1,46 1,60-1,40

1,4 1,90-1,65 1,85-1,62 1,80-1,58 1,75-1,50

1,5 2,05-1,76 2,00-1,72 1,90-1,68 1,85-1,60

1,6 2,15-1,82 2,10-1,80 2,05-1,77 2,00-1,70

1,7 2,25-1,92 2,20-1,90 2,13-1,87 2,10-1,80

1,8 2,30-2,00 2,25-1,98 2,20-1,5 2,15-1,90

2,25 2,25 2,25 2,25 2,25

Примечания: 1. В первом столбце граф "Значешм (()^(2сух] ч. доп" приведе-

ны величины среднечасового притока в период дождей, во втором — в период

снеготаяния.

2. В качестве расчетных расходов сточных вод предлагается принимать значешм 20 %-ной обеспеченности.

Согласно приведенным ниже опытным данным (табл. 3.4, 3.5 3.6), с увеличением допустимого расхода в часы максимального поступлс ния сточных вод растет доля биологически очищенного поверхностног стока:

Таблица 3.

Относительный объем очистки дождевого и талого сток

(аумДи д„п 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,8

И^оч, доля единицы \У_0Д 0,45 0,75 0,86 0,85 0,98 1,0

ГРТоч, доля единицы IV од 0,54 0,78 0,90 0,95 0,97 0,98 1

Таблица 3.;

Допустимое увеличение суточного притока сточных вод в аэротенки при оптимальных условиях в сухую погоду

Температура, Кратность превышения расхода сточных вод при продолжительности аэрации, ч

5 7,2 8,16 9,12

12 1,1 1,2 1,3 1,4

15 1,2 1,4 1,5 1,6

18 1,3 1,6 1,8 1,8

Таблица 3.1

Допустимое увеличение расходов сточных вод в оптимальных условиях при поступлении дождевого и талого стока

Продолжительность пребывания воды в аэротенке в сухую погоду, ч Кратность увеличения суточного А"д суг и максимального часового КЯч притока при температуре воды, о

12 15 18

К ист ^л.ч Ка СУ т Кчч ^летт Клк

5 1,05 1,05 1,1 1,15 1,15 1,2

7,2 1,15 1,07 1,20 1,20 1,25 1,33

8,16 1,20 1,20 1,25 1,33 1,30 1,47

9,12 1,20 1,20 1,35 1,47 1,40 1,73

Экологические нормативы при сбросе сточных вод в водоемы от личаются от санитарно-гигиенических и рыбохозяйственных ПДК. Цел

экологических нормативов — обеспечение благополучия экосистем и биосферы в целом (в том числе и здоровья человека), т.е. сохранение установившегося равновесия в природе в пределах возможной саморегуляции. Поскольку экосистема не эквивалентна организму, то проблема экологического нормирования должна решаться на надорганизменном уровне.

Даже строгое соблюдение ПДК не дает гарантий сохранения качества поверхностных вод. Некоторые тяжелые металлы при концентрациях в воде менее ПДК подавляют самоочищение и другие внутриводоемные процессы. Фосфаты могут вызывать эвтрофированне при концентрациях в несколько раз меньших ПДК и требований ГОСТа на питьевую воду, что приводит к вторичному загрязнению и ухудшению качества воды по мутности, цветности, БПК и другим показателям.

Концентрации азота и фосфора в водоемах являются главными факторами, регулирующими развитие процесса эвтрофирования, особенно содержание фосфора, который является труднодоступным элементом питания в естественных условиях. Основным источником биогенного азота и фосфора для водной системы С.-Петербурга являются сточные воды, поэтому удалению этих веществ уделялось большое снимание.

В табл. 3.7-3.9 приведены величины эффекта задержания фосфора общего Р и азота общего N (по Кьельдалю) в первичных отстойниках, уплотнителях, центрифугах и цешрштрессах (% от массы Р и N. поступающих в сооружения), полученные в результате исследований и рекомендуемые в качестве расчетных.

На рис. 3.1 представлен один го вариантов балансовой схемы ССА по фосфору, азоту, сухой массе, а также по расходам иловых вод и осадков, на основании приведенных в табл. 3.7-3.9 данных для расширения очистной станции с учетом изъятия азота и фосфора.

Масса возвратных загрязнений значительно возрастает при наличии метантенков и уплотнителей для промывки сброженного осадка в составе сооружений по обработке осадков.

Таблица 3.7

Эффект задержания Р и N в первичных отстойниках

Параметр Эффект задержания, %, при продолжительности отстаивания, ч

1,0-1,5 1,5-2,0 2,0-2,5

Р N 15-18 6-8 ' 18-22 8-10 22-25 10-12

q-2 кип mvcjt b-330 b-356

б5-300 б 5-31 б

P-9.0 p.109

n55 n-58.s4

Олокулдкт-Д I

CB-160

c-0,5 p-uo Q-JMOON-S-30

r

CB-200

C-0.S

Q-4000Q

Q-64SOO В-J.4 P-1.24 N-2.60

[Ушюпштсш!

ce-351,5

c-4.9

q-7200

P-6.66

n-13.90

Фмжуллнт Д2

q-7700 p-0.66 b-17.6 n-1.24

Цектрилркс

cb-3w

c-50

q-1114

P-6.0

N-12.66

KtK >&c«irut«e

Рис. 3.1. Балансовая схема CCA по фосфору, азоту, сухой массе и расходам иловых

вод и осадков

В - взвешенные вещества, т/сут; Б5 - БПК5, т/cyr, Р, N - общий фосфор, общий азот (Р и N), т/сут; СВ - сухая масса осадков, т/cyr; Q - расход иловых вод, осадков, м3/сут; С - концентрация осадков по сухой массе, %; Д1 = 1 кг/т с.в. - доза флокулянга перед уплотнением; Д2 = 5-6 кг/т с.в. — доза флокулянга перед ценгрипрессами

Таблица 3.8

Эффект задержания Р н N в илоуплотнителях

Условия уплотнения и обработки ила и осадков Эффект задержания, %

Р N

Совместное уплотнение активного ила с осадком первичных отстойников 68-73 5-80

То же, с подачей флокулянгов 85-88 88-92

Уплотнение активного ила из вторичных отстойников Уплотнение сброженных промытых осадков 85-88 60-70 86-91 30-40

Пр имечание. Эффект задержания Р и N при уплотнении сброженных промытых осадков выражен в % ог массы в осадках, загружаемых в метантенки.

При эвтрофировании водоем в конечном счете может деградировать и потерять свою ресурсную ценность несмотря на соблюдение гигиенических ПДК. Поэтому необходимо оценивать не только санитарное, но и экологическое состояние.

Задача экодиагностики водных систем как целого в настоящее время не решена. Диагноз экологического состояния не может быть сведен к сумме традиционных характеристик неживых и живых компонентов системы. Анализ банков данных даже многолетней динамики сотен отдельных гидрохимических и гидробиологических показателей не дает достаточно адекватного описания функционирования экосистемы. Необходимы функциональные критерии, отражающие реакцию на стресс всей системы в целом, так как реакция системы отлична от реакции отдельных организмов и популяций. Многие показатели могли бы выполнять роль интегральных, но мало таких, которые отвечали бы требованиям оперативности и автоматизации контроля.

Таблица 3.9

Эффест задержания Р н N в центрифугах и центрипрессах при обезвоживании уплотненной смеси активного ила н осадков

Вид осадков Показатель Эффект задержания Р и N. %, при эффекте задержания массы сухого вещества

95% 97-98 %

Сырая смесь ила и осадков Р 90-94 93-97

N 88-92 90-94

Сброженная смесь ила и Р 90 92-95

осадков, промытая и уплотненная N 70 75-80

То же, неугшотненная из Р 85 88-92

метантенков N - 15-19

Таким образом, оценка экологически допустимых сбросов (ЭДС) в пределах "емкости" водоема напрямую связана с необходимостью разработки и использования удобных в широкой практике интегральных пока-ттелей, характеризующих функциональное состояние экосистемы, и разработкой ЭДК загрязняющих веществ.

Наиболее фундаментальной характеристикой любой экосистемы и биосферы является соотношение скоростей процессов продукции (фотосинтеза) и деструкции органических веществ. В водоемах баланс продук-ционно-деструкционных процессов может быть отрицательным (дис-трофные и ультраолиготрофные водоемы), нулевым (олиготрофные водоемы) и положительным (мезотрофные и эвтотрофные водоемы). Когда скорости деструкции сильно опережают скорости продукции, концентрация С02 в окружающей среде возрастает, а концентрация 02 падает. Этот процесс, например, приводит к "парниковому эффекту" в атмосфере. Поэтому по соотношению концентраций углекислого газа и кислорода можно судить о соотношении скоростей продукционных и деструкционных процессов. В водоемах это соотношение может быть выражено количественной зависимостью рН и 02, что вытекает из уравнения фотосинтеза:

V

фотосинтез

С02+Н20 < - СН20 + 02

V

деструкция

Согласно закону действующа масс

У^ = Ку[СОг] [Н2 о], а Кдес = К 2 [сн2 О] [02], следовательно,

^фст/Гдес =^,[С02][Н2°]/^2[СН20][02].

Но согласно тому же закону - концентрация веществ, находящихся в виде индивидуальных фаз (Н20 и СН20), является постоянной величиной и принимается равной единице, т.е.

[н2о]=[сн2о]=1.

Отсюда следует, что

^фот

/Гдес=*фЛС02]/*дас[02].

В водоемах [С02] строго зависит от концентрации ионов водорода ^ Г]), т.е. величины рН воды:

со2 + Н20 <—> Н2СОэ <—> Н* +НС03" <—» Н+ +С032" .

При увеличении содержания [С02] концентрация иона водорода

увеличивается, а величина рН воды понижается. Следовательно, в водоемах соотношение скоростей продукции и деструкции можно выразить соотношением величины рН и концентрации кислорода в воде:

ГфОТ/Клес =/(РН>°2)-

Использование зависимости рН и 02, для этой цели очень удобно, так как и рН, и содержание кислорода определяются при любых исследованиях водоема уже более 100 лет. Измерение их доступно, достаточно точно, широко используется в практике, легко автоматизируется.

Нами совместно с Л. И. Цветковой и др. предложен интегральный показатель, характеризующий сбалансированность продукционно-деструкционных процессов в водоемах, основанный на измерениях рН и 02, и были установлены численные значения показателей для различных состояний пресноводных водоемов. Таким показателем является величина рН, приведенная к нормальному 100 %-ному насыщению воды кислородом, обозначенная рН)00%. Показатель рассчитывается по формуле

\

РН,

оо%'

+а

/=1

100

/=1

(3.5)

где рН/ - измеренные значения рН за время /; [о2]/ - концентрации 02 в % от полного насыщения, синхронно измеренные с рН за то же время /; а -эмпирический коэффициент зависимости рН от [02]; п - число измерений за время I.

Значения показателя для различных состояний продукционно-деструкционного баланса в пресноводных водоемах приведены в табл. 3.10.

Значения рН1М-/. о водоемах с различным экологическим состоянием

Таблица 3.10

Баланс продукции и деструкции (Кфс/К,«) Экологическое состояние рНюо V.

Отрицательный КС — 1 Дистрофное Ультраолиготрофное <5,7 ±0,3 6,3 ±0,3

Нулевой Олиготрофное 7,0 ±0,3

Положительный ^фот^^дес — 1 Мезотрофное Эвтотрофное 7,0 ±0,3 ' >8,3 ±0,3

С помощью этого показателя можно оценивать не только основные, но и промежуточные состояния биотического баланса и прослеживать тенденции его изменения за многолетний период.

Для каждого водоема можно выбрать свой допустимый диапазон колебаний интегрального показателя. Так, в Невской губе колебания рНюо % не должны выходить за пределы 7,1-7,9. При значении показателя меньше нижнего предела (возможно при загрязнении токсикантами) и больше верхнего (при. загрязнении биогенами) нарушение экологического баланса может стать необратимым, и система деградирует.

Показатель позволяет выбрать факторы, лимитирующие (регулирующие) экологическое состояние водоема. Путем многофакторного статистического анализа было установлено, что для Невской губы основными факторами, стимулирующими эвтрофирование, являются: содержание минеральных форм азота (НЫ1Ш), фосфора (Ри1Ш) и высокая температура воды. Тормозят эвтрофирование: увеличение атомно-весового соотношения азота и фосфора (Ы/Р), большие глубины и высокие скорости течения воды. Это позволило использовать простую регрессионную модель для инженерных расчетов:

где у - интегральный критерий рНюо лгь хг... хп — приоритетные экологические факторы; а0',а{...ап -эмпирические коэффициенты.

Зная нормативное значение интегрального критерия ун для конкретной водной экосистемы, можно рассчитать ЭДК различных загрязняющих веществ.

Задавая нормативные значения интегрального показателя (рНюог. ^ 7,1 или рН10о% ^ 7,9) и усредненные величины неуправляемых абиотических факторов (температуры, глубины, скоростей, расходов и др.), рассчитали ЭДК азота и фосфора для некоторых заливов Балтийского моря (табл. 3.11).

Для Невской губы, кроме биогенов, рассчитаны ЭДК и других загрязняющих веществ. Эти значения в сравнении с санитарно-гигиеническими и рыбохозяйственными ПДК приведены в табл. 3.12.

Приведенные в табл. 3.11 и 3.12 данные показывают: 1 - ЭДК в отдельных районах Балтийского моря различны в зависимости от природ-

у = а0+ а1х1 + а2х2 +...+апх,

(3.6)

(

п

(3.7)

ных и антропогенных региональных условий; 2 - ЭДК отличаются от гигиенических и рыбохозяйственных ПДК - они могут быть более жесткими (по нитратам, фосфатам), менее жесткими (по БПКполн) или

совпадать с ПДК (по Г^Н/, ртути).

Таблица 3.11

Экологически допустимые концентрации (ЭДК) биогенных __веществ

Водоемы ЭДК, мг/л

N р 1 НИН

Невская губа (Россия):

северная часть 1,5 0,025

транзитная часть 4,0 0,075

южная часть 1,3 0,020

Копорская губа (Россия) 0,15 0,010

Нарвский залив (Эстония) 0,12 0,010

Залив Залер(Германия) 0,09 0,013

Таблица 3.12

ЭДК некоторых загрязняющих веществ в воде Невской губы

Загрязняющие вещества ЭДК, мг/л ПДК, мг/л

гигиенические рыбохозяйственные

Ионы аммония (ЫН41) 1,0 1,0 0,5

Нитриты (М02") 0,1 0,1 0,02

Нитраты (>Юз") 0,4 10,3 9,1

Фосфаты (Р) 0,05 1Д 0,2

БПКпшп, 4,0 3,0 3,0

Ртуть (валовое содержание) 0,000 1 0,0005 0,0001

Предложенный подход позволил определить экологически допустимые концентрации (ЭДК) минерального азота, фосфора и некоторых других ингредиентов в очищенных сточных водах и экологически допустимые сбросы (ЭДС) этих веществ через выпуски КОС С.-Петербурга. Причем, ЭДК и ЭДС получились разными для отдельных выпусков сточных вод после КОС в зависимости от гидрологических характеристик (глубины, скорости течения и др.) в местах выпусков.

Это позволяет предусматривать дифференцированный подход к степени очистки по отдельным ингредиентам для каждой КОС.

Как показали расчеты по приведенной методике, наиболее небла гоприятная обстановка, например, по ДС минерального фосфора, може-возникнуть на выпусках сточных вод Петродвгрцовой и Юго-Западно! станций аэрации С-Петербурга.

4. ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ

Эффективность управления и обеспечение бесперебойности рабо ты СВКГ определяются эксплуатационной надежностью сети, тоннель ных коллекторов (ТК), канализационных насосных станций (КНС) и очи стных станций (КОС). Их аварии представляют опасность как для сани тарного состояния городских водоемов, так и для городской среды оби тания. В условиях рынка аварийность сооружений СВКГ в значительно? степени стала влиять на экономику эксплуатирующих предприятий. На пример, оценка показывает, что в С -Петербурге в случае аварии на главных насосных станциях (ГНС) или участках ТК, примыкающих ЦСА i CCA, плата только за сверхнормативное загрязнение водоемов может возрасти на 150-250 млн. руб /год. При этом затраты на ликвидацию ш последствий на порядок превысят указанную стоимость.

Поэтому при перспективном, долгосрочном планировании перво очерёдности и объемов затрат на техническое обслуживание, ремонт i развитие СВКГ, наряду с экономическими важно учитывать вероятностные (прогнозные) оценки их надежности и безопасности.

Исходя из функциональных и технических особенностей элементов СВКГ, все многообразие ее составных частей принято объединять i три группы структурных элементов: сети - безнапорные (гравитационные), напорные трубопроводы и ТК; КНС и ГНС;КОС.

Сети и КНС служат для отведения (транспортировки) сточны> вод, поэтому к ним применяют общие подходы по оценке надежности Работа КОС должна оцениваться как по объемам, так и по качеству очищаемых вод, что требует специальных подходов.

Широко применяемые в теории надежности вероятностные показатели, такие как среднее время Т "наработки на отказ" или вероятность безотказной работы Р (t) оказываются малоинформативными и недостаточно "физически осязаемыми" для специалистов эксплуатирующих служб. Поэтому нами, наряду с вероятностными показателями, приняты подходы, когда, зная P(t) и Т, определяют технологические показатели надежности в виде отводимого Q ^ ({) (перекачиваемого) без сброса расхода стоков с учетом всех, включая отказные, состояний сооружений

СВКГ за время I или как отношение (? рас (() к фактическому поступлению () фак (/) на их входе в виде а = ®рас ^^ л\. Здесь 0 а < 1.

Таким образом, надежность СВКГ в первую очередь зависит от безотказности и ремонтопригодности сооружений, входящих в их состав, которые определяют способность её выполнять функции транспортировки стока в полном объеме. Поэтому создание теоретических основ и разработка методов для определения предлагаемых показателей являлась одной из основных задачей в рамках поставленной проблемы.

С этой целью при участии автора выполнены работы, в которых проанализирован опыт эксплуатации СВКГ. Впервые определены показатели, характеризующие аварийность, ремонтопригодность рассматриваемых сооружений и выявлены закономерности их изменения при эксплуатации.

Для определения интенсивности отказов на участках канализационной сети по результатам наших исследований и данных других авторов

рекомендована зависимость Л = 1/ч. км, где с/ - диаметр сети (мм); а

и г параметры, принимаемые с учетом материала труб и местных условий.

Например, в Санкт-Петербурге для керамических труб Я =0,04807°>8, ас-

бестоцементных - Я =0,04£~°'8, железобетонных - Я =0,06О'0-9 . Установлено, что интенсивность аварий на ТК - Л пш~ 1,2*10 ~7 1/ч. км. При этом для учета интенсивности аварий, возникающих вследствие коррозионных явлений на своде коллекторов и истирания их лотковой части, можно принять формулу, предложенную С. 10. Игнатчик в виде

Здесь п - число фиктивных состояний, принимаемое из опыта эксплуатации; пЛ2 - фиктивная интенсивность износа коллектора, 1/год.

Выполненные исследования позволили автору обосновать выбор расчетной модели, которая внедрена при создании программного комплекса диагностирования и управления безопасной эксплуатацией сети и ТК. За расчетную принята модель случайного процесса, описывающая в вероятностной постановке изменение состояний сети и ТК с учетом

режимов и условий их эксплуатации в виде систем дифференциальны) уравнений

/^(/ЫыРмОЬи,^ !,)/>,(0+ > ulPM(f). (4.1

1 i 1 /41

Здесь: i - номер состояния, при котором из к участков ТК / участков находятся в аварийном состоянии (отключены на ремонт) 0</<« ; 0 - состояние, когда все участки ТК работоспособны; п- обще! число возможных состояний ТК, включая аварийные; Я, интенсивность появления аварий при нахождении ТК в / - ом состоянии Л_1=Л„ =0, т.к. принято, что через п и -1 обозначены граничньи

состояния ТК, в которых аварии не MOiyr появляться; t fc" продолжительность устранения аварий при нахождении ТК в / - он состоянии; Р i (/)- вероятность пребывания участков ТК в г - оь состоянии в момент времени t; к - общее количество участков.

На основе предложенной модели (4.1) разработан и реализован н. ПЭВМ инженерный метод расчета, который позволил:

-при выработке стратегии управления прогнозировать (на год i более) объемы и виды предстоящих работ по техническом; обслуживанию, ремонту для снижения стоимости затрат на эксплуатацию определять очередность инвестиций при санации i восстановления участков сети бестраншейными способами;

-оценивать влияние фактического уровня надежности ] управляемости СВКГ на снижение затрат электроэнергии, платы штрафо за сбросы при реализации проекта переключений городских бассейно] канализования.

В качестве примера на рис.4.1 показано, как выглядит условна расчетная схема и граф, (см. рис.4.2) изменения состояния npi эксплуатации участков ТК, по которым сточные воды поступают на СС/ С.-Петербурга. Работа проводилась с целью оценки риска i экономических последствий воздействия выбросов неочищенных ctokoi в водную систему Нева - Невская губа. В этом случае система (4.1 принимает вид:

Р О (')=-(* 1 2+^ з + 1 4+ Я 5)Р 0 (') + /< 1 Р 4 (>)

+ // 2 Ръ (/) + /! 5 P,(f)

P[(t)=-(A 2+ Я ,+ Я 4+^5 )/> ! (/)+ Я 5P0(t)

+ // , P,{t) + fi 2 P6{t)+M 4 P$(t)

Р\ (/)=-(Л,+А2+Л5+/1 4)Рг(0 + Л 4 Ро(0

+ // , М')+/<2 Р1 (/> + ¿1 5 Р5(0 ^ 3 (0--(^1 5+/' 7)Р з(')+Л 2 МО

+ // , Р,о + ^ 4 Р7(0 + // 5 МО (0=-(Д2+Л4+Я5+/1 , )Р4 (/) + Л , Ро(0

+ Ц 5 Р 8 (0 + ^ 4 + М 2 МО

Р\({)=-{Л2+Я1+м 4 + И 5)Р5(/)+Л 4р,(() + Л 5 Р2(О + 0 , Р12 (/) + // 2 />„(/)

5 )М0+* 5 МО + И 1 ^ 13 (') + /* 4 ^ 2 МО

Р' (г)=-(Я ,+ Я 5+// 2+М 4 )Р7(/)+Я 2Р2(г)

+ М 1 + * 4М0 + ^ 5 ^11 (О

МОМ^ 1+Ла+М 5+М .)М0 + ^ 1 МО

+ А 5 Р4(0+// 2 Р 13 (') + /* 4 Р|2 (О

М0М<*5+/' 4+^2+/" 1 )Р 14 (0+^ 1 МО + Д 2Р0(1)+Л 4Р ,„(/)+// 5 Л5(0

МОМ/< 2+/' 4+^5+/^ 1 1 ^п(0

+ Л 4 ^ 13 5^14(0+^2 МО

Она содержит / уравнений, соответствующих каждому из возможных состояний 0</<15. Здесь: 0 -состояние ТК, когда (см. рис.4,1) все участки 1,2,5,4 работоспособны, а ц ^ =0; 2, 3 - состояния, когда при аварии на участках 4 и 2 =0; 1,5 - состояния, когда при аварии на участке 5 и одновременной аварии на участках 4и5 q сабв = д 2; 7 - состояние,

когда при одно временной аварии на участках 2 и 4 ;4,б,8-15 -

состояния, когда из-за аварии на участке 1 или одновременной аварии на двух и более участках сток не поступает на ГНС, т.е. <7 ^ = д 1 + <7 2 • Для решения (4.2) вводятся граничные условия, которые учитывают состояние ТК в начале периода, на который выполняется прогноз, т.е. Р , (о),

Рис. 4.1. Схема структурного элемента канализационной сети

Рис. 4.2. Граф состояний

^ Я , (о)=1, ^ Р , (/)=1. При известных Р , (/) оценивается величина

/=0

аварийных сбросов в виде

" Г

(4.3)

Разработанный метод позволяет получать как численные, так и аналитические решения, которые апробированы при оценке риска появления аварий и объема аварийных сбросов. Например, одним из приемов аналитического решения является представление древовидной структуры сети СВКГ (рис.4.3,в) в виде эквивалентной У - образной подсистемы.

а)

б)

%

Рис.4.3. Схемы участков сети

При этом система из 3-х участков (рис.4.3,а), с интенсивностью аварий . по которым транспортируются расходы д ¡, ц 2, <7 з = <7 I+ <7 2 > заменяется (например, из условия обеспечения одинакового сброса неочищенного стока а саб/= @ ав п или по другим ограничениям) эквива-

& рас

лентным участком с интенсивностью аварий X 3, см. рис.4.3,б. Тогда, по-

лучив из разработанной нами модели (4.1), формулу для коэффициенте отказа К а, определим для У - образной подсистемы значение Л 0

X = 1+Я ?а 2+(2Л2:Л1±Л З; 2'_Я Э) (4 4'

1 + Г \+Г 2-л уа ,-А га 7 те « ,= ^ 1 а ,= <? 2 а,= 1 г а сбр = АГ 3 =

где 9з,а3 ^ «« •

Для небольших систем, можно применять (4.4). При этом расчет сводится к последовательным преобразованиям, при которых эквивалентные участки заменяют У - образные подсистемы предыдущего уровня При оценке надежности сложных сетей СВКГ рассмотренный метод экви-валентирования не применяют, т.к. он дает ошибку в 2 и более раз, поскольку не учитывает объем ремонтов и их влияние на изменение К \ е процессе эксплуатации.

Подачу сточных вод к КОС осуществляют насосные станции. Поэтому от бесперебойности их работы (особенно ГНС) изначально зависяя как экономические (штрафные платы за несовершенство эксплуатации) так социальные показатели надежности СВКГ (риск опасности эксплуатируемых сооружений для населения и окружающей среды).

Однако надежность оборудования ГНС, на которых в СВКГ эксплуатируются насосы не серийного изготовления, до настоящего времен! не исследовалась, не разработаны методы прогнозирования их аварийности. Поэтому данная проблема впервые решалась автором на основание опыта эксплуатации, накопленного предприятиями в ГУП «Водоканаг Санкт-Петербурга».

Отработана методика и выполнен эксперимент на действующи* ГНС, не нарушая режим работы реального производства. При этом насось эксплуатировались с соблюдением профилактических мероприятий (смазка, подтяжка, набивка сальников, текущие ремонты), включая их капитальный ремонт.

Цель эксперимента - определение фактической (с учетом износа наработки между текущими, капитальными ремонтами (интенсивное™ отказов) оборудования с последующей разработкой инженерного метод; для оценки риска появления нерасчетных (аварийных) состояний и сбросов, когда на станциях имеют место групповые отключения оборудована или полная остановка с затоплением, как это имело место в Харькове.

Методика испытаний предусматривала оценку достоверности результатов эксперимента. Для этого был разработан алгоритм, в основу

которого положено нахождение частоты отказов «'(Д^, приходящейся на насосы определенного типа.

Здесь Л',(Д<) - количество насосов, наблюдаемых в интервале Аг; и*(Л?)

- то же отказов, имевших место за время &.

Выбор за расчетную со* (Л(:), вместо вероятности отказа С?*^), объясняется тем, что при определении <о*(Д1)=Я*(л/) учитывается наработка всех насосов, отказавших и не отказавших в период эксперимента.

При проведении наблюдений за исходные ограничения приняты: риск эксплуатирующего предприятия - ¡3; риск городских служб надзора

- а ; паспортная наработка на отказ по данным фирмы - поставщика. Было принято а = ¡3 = 0,05-0.002 при продолжительности испытаний не менее года. Дополнительно учтено, что в реальных условиях эксплуатации насосов на ГНС износные отказы устранятся при выполнении предусмотренных регламентом планово-предупредительных работ по обслуживанию насосов и капитальных ремонтов. Поэтому при обработке результатов учету подлежали лишь внезапные отказы и капитальные ремонты, различные сочетания которых, наряду с перерывом в энергоснабжении, приводят к авариям.

При указанных ограничениях план наблюдений имел вид

А 0 + ^ х j -< А , + ф г

ы

Здесь

¿«0-/0 ч 1 - 1

и -___а_. и 0Г1

" \ - т > " 0 ~ г ' г " т

и °т 1п1 Ьп1 «

'1 1 1 1 I

где N - количество обследуемых насосов; х, -число аварий / -го вида; к

- количество видов аварий.

По результатам наблюдений определялась верхняя Я тах и нижняя Я ПШ1 границы интенсивности отказов. Установлено (см.рис.4.4), что число прогнозируемых отказов насосов пав изменяется в в пределах:

a) o-i

2000 4000 6000 8000 Продолжительность t, час

10000

б)

40 т

2000 4000 6000 8000 г 10000 Продолжительность t, час

2000 4000 6000 8000 Продолжительность t, час

10000

Рис.4.4. Показатели отказов насосов ФВ 21400 на ЦСА и ССА: а) отказы требующие проведения капремонта; б) то же, текущего ремонта. 1,2,3 -соответственно верхняя, нижняя границы числа отказов и данные экс плуатации.

' 1 _ 1 ^

Т мин Г мак

■t

Ln - -- N

п =------У ■ + ------- --------'

m3x , Т мак , Т мак

Ln ----------Ln —

Т мин Т мин

U-8-- N[T ' — у-'--'

1Л------------------Ln------------

Т мин Т мин

З/iecv Т = 1 ■ Т = 1 N =1

•JUt^f. 1 мин 3 1 1 мак 2 • 14 1 •

л max л min

Впервые определены показатели интенсивности отказов уникального насосного оборудования, не имеющего аналогов за рубежом, устранение которых связано с проведением капитального ремонта. При a = ß= 0,02 для ССА - Я тач = 2,4 • Ю^/ч; Я min =0,4 »lO^l/q; N = 7; и

ЦСА - А тзх = 1,9 • 10"41/ч; Я min = 0,25 • 10"41/ч. при N = 5.

В целом значения Я и ju для ГНС изменяются в пределах: для высокопроизводительных (больших) насосов (Я =(0,53-4,4)* 10 "4]/ч; /и = 1,33 • 10"2 - 4,63* 10"*11 /ч); для низкопроизводительных (малых) насосов (Я = (0,9-8)« IO^I/h; /у =2 • 10"2- 7* 1 О*41/ч).

Анализ опыта эксплуатации показал, что интенсивность отказа насосов на ССА выше чем на ЦСА в 1,2-1,5 раза, см. рис.4.4. Выявлены причины меньшей надежности работы насосов ССА, что связано с объемами и режимом поступления сточных вод, которые различны для ЦСА и ССА. Были намечены пути и приняты меры к повышению надежности станций, позволившие снизить интенсивность отказов и трудоемкость ремонтных работ.

Учитывая потенциальную опасность затопления, особое внимание уделяется обеспечению бесперебойности электроснабжения ГНС ССА и ЦСА.

Установлено, что перерывы в электроснабжении ГНС на секциях сборных шин ЗРУ-10 кв. могут иметь место с интенсивностью Я сш =3 10 ~5 1/час при интенсивности ремонтных работ // сш =8 10 "2 1/час. При этом риск погашения напряжения на ГНС составляет 4*10"4 .

Выполненные экспериментальные исследования позволили нам обосновать выбор расчетной модели для создания программного комплекса по диагностированию и управлению безопасной эксплуатацией ГНС на

перспективу ближайших 5-10 лет до их реконструкции.

Комплекс предназначен для диагностирования изменения состояний оборудования станций на месяц, год и далее (при управлении СВКГ) е виде

Р 1 (0 = я М р ы (')-и , +М,)Р, (') + /* 1+, р м (0 (4.6:

Здесь Я_1=2„=^0=/у„=0; / - номер состояния, при котором из к рабочих и резервных насосов / отключены на ремонт; 0 - состояние ГНС, когда при всех работоспособных насосах перекачивает воду лишь часть и: них , предусмотренная режимом эксплуатации; п- общее число возможных состояний ГНС, включая аварийные; Я , ц , - интенсивность появления аварий и их устранения в / - ом состоянии ГНС; Р , (/) - вероятное™ пребывания ГНС в / - ом состоянии в момент времени I после началг расчетного периода эксплуатации; к - общее количество насосов на ГНС.

Рис.4.5. Граф состояний насосных агрегатов. Данная модель отличается от (4.1) тем, что здесь резерв эксплуа тируется в режиме замещения, кроме того, при прогнозах на длительны] период учитывается повышение Я ; из-за износа оборудования.

На основе предложенном автором модели (4.1) разработан инженерный метод расчета на ПЭВМ, который реализован при долгосрочном прогнозировании риска и объема загрязнения системы Нева - Невская губа из-за аварий на Г'НС. В качестве примера па рис.4.5 показано, как выглядит граф изменения состояний станции перекачки, оборудованной одним большим и двумя малыми насосами, которые работают параллельно с соотношением производитслыгостей между ними а , - 2. Для приведенного графа состояний система (4.6) принимает вид:

p'A<)=-{In +11 ,,)Р Q(t) + MM />,(,)

+ fi К1 Р 2 it) + M N Г 3 (о

р I (0=-0* М+Л .4+Л ы)Р\ (')+>*■ м Р о (')

+ Р М Р 4 (0 + /' N Р s(t)

р 2 (') = "(/' м+л .v^ а/ ) р 2 (*)+* u р 0 (')

+ v и р 4 (') + /' N р (л)

= +2AAi)P3(0 + Aw Р0{с)

+ м а/ р л) + и д/ р л)

Р ;4 (i)--(2// д, +А ,v)/> 4 (/) + Ял/ />,(0

+ Л д, /> 2 (/) + /, ,v P7(l)

Р 5 (/)=-(д м + М л' + а а/ 5 (')+* v Р 1 (')

+ Д д, P3(t) + fi д, Р7(/)

^ ¿(0 = - (<* а/ + ^ л'+ и и)рв (') + -* к, р 3 (0

+ А А{ л-

^ 7 (0= - (/< л'+ 2и i,)pl (0+ я л< р 4 (/) (4 7)

+ Я м /> 5(/)+Л и p6(i)

Здесь: 0 — расчетное состояние станции (рис. 4.5), когда при работоспособном состоянии всех насосов перекачивают воду один большой

или два малых насоса, т.е. q ™ Ю; 1,2,3 - состояния, когда при ремонте одного из малых или большого насосов q 0; 4 - состояние, когда при

одновременном ремонте двух малых насосов q =0; 5,6 - состояния, когда при одновременном ремонте одного малого или большого насосов 1 ж ~ Ч их ■(? ,v + Я - состояние, когда при одновременном отказе

всех насосов </ ^ = д ы. Наряду с определением риска аварий, при из вестных Р , (г) оценивается величина аварийных сбросов согласно (4.3] Разработанный метод учитывает, что резервные насосы эксплуатируютс в режиме замещения. Он позволяет выполнять аналитические решен и? Например, для КНС I категории надежности при одном рабочем и дву резервных насосах в режиме, когда ремонты выполняет бригада с интен сивностью // , получены формулы для определения:

вероятности эксплуатации без отказа станции в течение / (года

более)

р(,)=ехр--Я-Г

1 3 ---2 ; при у = А

1+2-у + З-у' ' ' Р средней продолжительности её эксплуатации между отказами

Т =

1 + у + у

Л Г*

перекаченного расхода за время I \+2-у+Зу2

я „■

Я г2

ЛуЧ

1 - ехр -

1 +у + у

величины аварийного сброса за время t

и*~Ч»

1+у + у

ХуЧ 1-ехр- -- -— 1 + У+У

Здесь ц н - подача насосов, эксплуатируемых в режиме замещения. Со гласно (4.6) определяются формулы и при других ограничениях для оцен ки надежности КНС.

Выполненные исследования позволяют прогнозировать по фор муле полной вероятности изменение в процессе эксплуатации показателе; общей надежности СВКГ. Например, вероятность отведения стока на КОС

т,

а=0

где Рц (/) - вероятность пребывания /-го сооружения, например ГНС в /'-г

состоянии, включая аварийные; /](?),- вероятность нахожде

ния в работоспособных состояниях остальных сооружений СВКГ при ус ловии, что ГНС находится ву-м состоянии и т.д..

Исследования показали, что при определении сроков и очередно-

сти инвестиций в реконструкцию насосных станций следует исходить не из нормативных требований достижения физического износа, а из условия получения прибыли предприятиями. Следует учитывать, что из-за износа: снижается КПД насосов; растет аварийность и повышаются затраты на эксплуатацию.

Рис.4.6. Влияние инвестиций на модернизацию насосного оборудования на прибыль, получаемую в зависимости от продолжительности эксплуатации станции производительностью 50 млн. м3 /год: I- снижение прибыли по мере роста продолжительности эксплуатации до наступления физического износа (15 лет и более); 2 - прибыль при замене оборудования станции через 20 лет эксплуатации; 3- то же, через 25 лет.

В качестве примера на рис. 4.6 показаны результаты прогнозной оценки того, как инвестиции на модернизацию оборудования влияют на прибыль, получаемую в зависимости от длительности его эксплуатации. Учитывая результаты анализа, в ГУП «Водоканал Санкт - Петербурга» разработана программа по модернизации и замене старых насосов с привлечением инвестиций западных кредиторов и отечественных разработок.

В рамках этой программы с участием автора разработан типовой ряд насосов ЦНН-100/20; ЦНН-200/20а; ЦНН-100/30, ЦНН-80/20, НН-50/25, новизна которых подтверждена патентами. Осуществлена реконструкция 5-и насосных станций для перекачки осадков на ЦСА, ССА и Кронштадской станциях аэрации, рис.4.7. До реконструкции станций, перекачка осадков осуществлялась плунжерными насосами НП-50, НП100 и винтовыми РБ-ЮОАЯ, РБ-! 25АЯ (Румыния) и №40, ЫеЮО (Германия).

Разработанное оборудование, в отличие от винтовых питателей

5]0

Продолжительность эксплуатации , год

PS-100AR, PS-125AR, Ne40, NelOO, имеет небольшие габариты, простот конструкции, удобство обслуживания и высокую ремонтопригодност! позволяющую проводить ремонты с трудоемкостью 100-150 чел./ч. и один насос в год. Их внедрение повысило надежность и рентабельное! станций. Отличительной особенностью насосов является возможност перекачки необезвожениых осадков, содержащих длинноволокнисты вещества, тряпки и металлические включения размером до 80 мм. Ирой: водительность насосов регулируется по замкнутой схеме частотным cut собом.

Рис.4.7. Общий вид насосной станции для перекачки осадков пост ее реконструкции на ЦСА, оборудованной насосами ЦНН-200/20а.

В настоящее время ведутся работы по установке разработанны насосов вмтто французских «РСМ» на заводе сжигания осадков. Голове экономия на эксплуатационных затратах от их внедрения составляет оке ло 400 млн. руб./год.

Повышение надежности сети (снижение интенсивности отказов сокращение времени проведения ремонтно-восстановительных рабо' требует повышения конструктивной надежности за счет применения б( лее совершенных строительных материалов, защитных покрытий, сове[ шенствования технологии ремонтных работ, а также повышения техне логической надежности, связанной с соблюдением правил пользования

системой водоотведения. предотвращением приема сточных вод, содержащих вредные вещества и примеси, вызывающие коррозию стенок коллекторов, своевременным проведением необходимых профилактических работ. Надежность закладывается на стадии проектирования, строительства и поддерживается при эксплуатации. Ее повышение за счет снижения, например, прогнозируемой интенсивности отказов при применении нового оборудования и материалов, совершенствования схем СВКГ может оцениваться, применяя разработанные автором методы, в денежном выражении, см. рис. 4.8.

Рис.4.8. Зависимость экономии эксплуатационных затрат Э от степени управляемости У и надежности Р бассейновых схем канализации Санкт- Петербурга

Кроме того, снижение аварийных сбросов стоков также может быть оценено в денежном выражении как предотвращенный ущерб от сброса сточных вод в водоемы. Сравнение дополнительных затрат, связанных с повышением надежности и экономии за счет уменьшения загрязнения окружающей среды позволяет принять конкретные меры для данных мест-

пых условий экономически и технически обоснованное решение с учетол экологических факторов.

5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И

УПРАВЛЕНИЕ ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ

Задача рационального потокораспределения становится особеннс актуальной при работе системы водоотведения в режиме дефицита мощ иостей (пропускной способности). Дефицит мощностей может быть посто янным (из-за возросшего объема сточных вод) или эпизодическим, связан ным с ремонтом, авариями на отдельных участках (элементах) СВКГ шп периодическими поступлениями избыточных расходов сточных вод, чт< характерно в первую очередь для общесплавной системы водоотведения.

Комплекс задач, требующих решения при управлении таким слож ным, территориально рассредоточенным объектом, каким является систе ма водоотведения крупного города, весьма широк и разнообразен. Любо< управление связано с необходимостью принятия решений, целью которыэ является перевод объекта в состояние, отвечающее представлениям с "хорошей" работе системы, либо удержание ее в этом состоянии, если онс достигнуто ранее. Различного рода детерминированные и случайные возмущения, действующие как внутри системы, так и извне, как правило, приводят к снижению эффективности ее работы. Однако, до тех пор, покг не введен формальный критерий управления, такие термины, как "эффективность", "хорошая" либо "плохая" работа системы, часто носят субъективный характер. Это устраняется путем математического моделирования работы объекта, если степень эффективности его функционирования удается оценить некоторым числом (показателем качества).

Очень часто при наличии математической модели задача управления объектом может быть сформулирована и решена как оптимизационная: необходимо определить управляющие воздействия, переводящие систему в состояние, при котором показатель эффективности ее функционирования, при прочих равных условиях, является экстремальным.

В каждом конкретном случае его выбор должен базироваться на всестороннем анализе условий функционирования системы, ее взаимодействия с окружающей средой, учете специфических факторов, характерных именно для этого объекта, и т.д., и чаще всего определяется мнением специалистов, хорошо знающих систему и условия ее работы.

Встречаются объекты управления, о качестве функционирования которых можно было бы судить не по одному показателю, а по нескольким (так называемый векторный показатель качества). Как правило,

стремление вести управление объектом по векторному показателю приводит к существенному усложнению алгоритма управления. Иногда среди составляющих векторного показателя качества можно выделить один -доминирующий, а остальные учесть в виде ограничений. Например, при управлении потокораспределением в системах водоотведения городов требование минимизации сброса неочищенной сточной воды может быть формально учтено как ограничение по расходам через любое сооружение, не превышающим его проектной (заданной) пропускной способности. Если же векторный показатель качества содержит равнозначимые составляющие, то процесс управления вынужденно усложняется, требуя большего объема и видов исходных данных и, чаще, более сложного алгоритма.

Уровень детализации математической модели определяется спецификой задач, для решения которых она составляется. Математическая модель должна отражать лишь самые главные, характерные особенности моделируемого процесса в рамках поставленной задачи и быть, по возможности, простой, поскольку излишняя подробность при описании может привести к тому, что получаемые с помощью математической модели результаты содержат большое количество избыточной информации, трудны для обозрения и анализа. Таким образом, попытки составить максимально подробную модель, особенно на начальном этапе исследования, могут привести к результатам, противоположным ожидаемым. Подобного рода обстоятельства объясняют появляющиеся иногда в литературе оценки процедуры математического моделирования как процесса, имеющего пограничный характер между наукой и искусством.

По своей природе, многие сложные системы, такие как системы водоотведения крупных городов, являются иерархическими. Физические и конструктивные особенности подобных систем (например, их территориальная рассредоточенность) вынуждают и управление ими строить по иерархическому принципу.

В настоящее время системы водоотведения крупных городов разбиты на эксплуатационные участки и объекты (насосные станции, регулирующие резервуары, очистные сооружения и др.). И хотя организационные участки и объекты подчинены единому центру, а системная цель участков и центра одна и та же (отведение сточной воды при выполнении технологических ограничении), достижение этой цели эксплуатационным персоналом каждого участка и объекта осуществляется по-своему, в соответствии со сложившимися представлениями о наилучших режимах работы сооружений и оборудования. В результате может получиться так, что участковые показатели качества управления в определенном смысле входят в противоречие с общесистемным показателем, а "оптимальные" ре-

жимы работы каждого из участков (объектов) не оптимизируют функцио нирование системы в целом. Такие ситуации исключаются автоматически если управление объектом производится на основе так называемого сис темного подхода.

При системном подходе стратегия управления вырабатываете; центром, исходя их достижения общесистемной цели наилучшим, в зара нее оговоренном смысле, образом, а управляющие подразделения бол» низкого уровня иерархии строят свою работу так, чтобы удовлетворит! некоторым общим условиям, задаваемым центром. Практика эксплуата ции сложных систем показывает, что соотношение функций управление между центром и структурами более низких иерархических ступеней за висит от многих факторов и не может быть определено в общем виде. Од нако устоявшимся на сегодняшний день является мнение, что нецелесооб разно сосредотачивать все или большую часть функций управления в еди ном центре. Необходима разумная степень децентрализации, когда страте гические задачи определяются центром, а решение задач подчиненного тактического характера возлагается на структурные подразделения бол& низкого уровня иерархии.

Одной из основных задач по управлению процессами в система: водоотведения крупных городов является задача перераспределения пото ков сточных вод по сооружениям канализационной системы некоторые наилучшим образом, с тем, чтобы наиболее эффективно использоват! возможности отдельных сооружений (объектов) системы. Однако эффек тивность результатов или решения данной задачи зависит от ряда факта ров и в первую очередь от принятой схемы канализации.

Наиболее распространенной схемой, по которой построены город ские канализационные сети, является древовидная. Из этого, в частности вытекает, что от любой точки образования сточной воды ее транспортир© вание к конечному пункту (очистной станции, выпуску) возможно лили по единственному пути - строго определенной последовательности участ ков и сооружений сети. Это объясняется основной особенностью точе! ветвления транспортных магистралей древовидной структуры: каждая и: них лишь собирает воду, т.е. суммирует потоки от двух или более смеж ных вышележащих транспортных магистралей (каналов, коллекторов) I направляет стоки лишь по одному направлению вниз по течению. Физиче ски очевидно, что говорить о каком-либо перераспределении потоко! сточных вод в таких, строго древовидных сетях, бессмысленно. Поэтому для крупных городов уже на стадии проектирования генеральной схемь канализации целесообразно предусматривать возможность перераспреде ления (переброски) сточных вод между бассейнами канализования, кольцевание

сетей внутри отдельных бассейнов.

В этом случае структура канализационной сети уже не будет являться строго древовидной. Это означает, что на сети появятся точки, из которых возможна передача сточной воды вниз по течению более, чем по одному направлению. Понятно, что при этом появляются альтернативные пути транспортировки сточных вод, перераспределение потоков приобретает физический смысл и сводится к выбору одного варианта из многих в соответствии с принятым критерием управления.

Таким образом, управление городской канализационной сетью путем перераспределения потоков сточных вод между сооружениями возможно лишь для систем, структуры которых не являются строго древовидными.

Как правило, канализационные сети крупных городов построены по напорно-самотечному принципу. Это означает. Что по каналам и коллекторам сточная вода движется под действием гравитационных сил (самотеком), а в местах, где по условиям рельефа местности самотек невозможен, расположены канализационные насосные станции (КНС), поднимающие воду на необходимую высоту. Отсюда следует, что процесс транспортировки сточной воды по сети к канализационным очистным сооружениям (КОС) сопровождается затратами электроэнергии насосными агрегатами на КНС в процессе перекачки жидкости. Каждая КНС характеризуется своими удельными затратами электроэнергии, среднее значение которых определяется глубиной, местом расположения станции, номенклатурой насосного оборудования, способом управления ее производительностью и т.п. В силу этого, различия в средних затратах электроэнергии на перекачку единицы объема сточных вод для разных КНС могут быть весьма значительны. Это может относиться и к стоимости очистки сточных вод на разных КОС с учетом принятой технологии, установленного оборудования, применяемых реагентов и др., т.е. можно условно говорить о "дорогих" и "дешевых" сооружениях - КНС, КОС и др. Поскольку управление сводится к перераспределению потоков сточных вод по сооружениям, в том числе - по КНС и КОС, экономически оправданным представляется оценивать функционирование системы энергетическими или денежными затратами в процессе транспортировки, очистки и выпуска сточных вод.

Таким образом, в качестве критерия управления предлагается затратный (по энергии или стоимости) критерий, и тогда задача управления может быть сформулирована' как оптимизационная: при заданных расходах сточной жидкости на входах канализационной сети необходимо так перераспределить потоки сточных вод по сооружениям, чтобы суммарные

затраты всеми насосными станциями были бы минимальны при выполнении конструктивных и технологических ограничений.

Для того, чтобы от качественных рассуждений перейти к количественным, необходимо произвести математическое моделирование объекта управления, т.е. записать в виде некоторых соотношений взаимосвязь управляемых переменных, показателя качества и ограничений.

В качестве примера представим математическую модель части системы водоотведения Санкт-Петербурга. Общепринято при формальном отображении подобных структур использовать символику теории графов. Для рассматриваемого здесь уровня детализации объекта участки системы водоотведения Санкт-Петербурга могут быть представлены в виде графа, изображенного на рис. 5.1.

На этом рисунке каждое сооружение сети (однородный участок канала или коллектора, насосная станция, устройство очистки, аварийный водовыпуск) показано в виде вершины графа, а стрелки, не имеющие здесь физического смысла, указывают лишь направление передачи сточной воды между смежными сооружениями. Все множество вершин этого графа может быть разбито на два непересекающихся подмножества: пассивные и активные вершины. Пассивные вершины графа, изображенные одинарными окружностями, характерны тем, что проведение сточной воды через них не требует затрат электроэнергии, т.е. вода по ним движется самотеком (каналы, коллекторы).

Среди пассивных вершин, в свою очередь, выделяются входы сети. Их отличительная особенность на графе состоит в том, что соответствующие им окружности содержат только выходящие стрелки. Значения расходов воды на входах полагаются известными: они определяют суммарную нагрузку на канализационную сеть в любой текущий момент времени.

Все остальные вершины графа - активные: насосные станции -изображены двойными окружностями; станции аэрации - квадратами; места выпуска неочищенной сточной воды (водовыпуск, аварийный сброс) - окружностью, заключенной в квадрат. Проведение сточной воды через любую активную вершину сопровождается либо затратами электроэнергии (насосные станции), либо расходованием электроэнергии и реагентов в процессе обработки воды и осадков (станции аэрации), а также другими затратами, связанными с эксплуатацией этих элементов СВКГ, которые можно выразить в стоимостных показателях. Такой подход вносит единообразие в представление о качестве функционирования системы и дает возможность вести управление ею по обобщенному экономическому критерию.

о Входы и пассивные

сооружения ¡0) Насосные станции __ (включая фиктивные)

О Сбросы сточных еод без очистки (аварийные)

| | Очистные станции Рис. 5.1. Планируемый граф системы водоотведения С.-Петербурга

Формирование математической модели для графа рис. 5.1 включает описание путей возможного транспортирования жидкости, введение ограничений, связанных с пропускной способностью сооружений и др., а также стоимостную или энергетическую оценку прохождения стоков по путям транспортирования.

Обозначим через Qj расход сточных вод через ] -е сооружение,

включая входы у = 1,2...и .

Численные значения расходов по маршрутам <у( (/ = 1, 2...р) неизвестны, однако их связь с расходами воды на входах сети (/ = 1,2...Л),

где к - количество входов (мест поступления сточных вод в систему).

Условие, требующее отведения через сеть всей сточной воды, поступающей на ее входы, записывается в виде к равенств, имеющих следующую структуру:

У^\i=Qj , (/=1,2...к), (5.1)

где суммирование производится по всем маршрутам, начинающимся с входной вершины (/ = 1,2...к).

Уравнения (5.1), таким образом, физически отражают требования, что вся сточная вода, поступающая на входы сети, должна быть отведена от них.

Каждое у'-е сооружение сети обладает определенной пропускной способностью Су - некоторой конструктивной константой, ограничивающей расход воды через это сооружение. Ясно, что в сумме эти путевые расходы, какими бы они ни были, не должны превышать пропускной способности сооружения.

В общем виде уравнения ограничений можно записать:

У^¡qi<CJ , ] = (к+\)...п, (5.2)

где п - количество сооружений, включая входы.

Система ограничений (5.2) запрещает транспортировать через любое сооружение расход, превышающий его пропускную способность.

Движение сточной жидкости по каждому пути транспортировки возможно только в одном направлении. Полагая это направление положительным. Запишем:

<7,20; (/ = 1,2 ...р). (5.3)

Общие затраты электроэнергии (или стоимостные) всеми активными сооружениями в процессе транспортировки сточной воды к выходам

через станции аэрации или выпуски без очистки) - есть сумма затрат в каждом активном сооружении. Допустим, что затраты у'-го сооружения на проведение через него единицы объема сточной воды (удельные затраты) - есть величина постоянная, равная . Суммируя затраты для всех активных сооружений сети и полагая, что за рассматриваемое время все путевые расходы q¡ остаются постоянными, для общих затрат (Е) получим:

Е = ^Вд, , ' (5.4)

/

~де В = ^ 'б/-сумма удельных затрат всех активных сооружений, через /

соторые проходит /-Й маршрут.

При выбранной нумерации сооружений сети и путей транспорти-ювки сточных вод, система выражений (5.1) - (5.4) является математиче-:кой моделью рассматриваемой СВКГ.

Задача управления сетью теперь может быть сформулирована так: фи заданных расходах сточной воды на входах О, для графа рис. 5.1 не-(бходимо найти значения qi (/' = 1, 2...р) , удовлетворяющие соотношени-[М (5.1) - (5.3) и минимизирующие целевую функцию - выражение (5.4). 1ри известных д, расход воды через каждое у'-е сооружение Qj опреде-

[яется путем суммирования расходов по всем путям, проходящ™ через

то сооружение. Нетрудно заметить, что в такой постановке это - задача шнейного программирования (ЗЛП), решение которой не вызывает прин-щпиальных трудностей и может быть осуществлено на ЭВМ по стандартам программам.

Если сочеташк расходов воды на входах сети изменилось, то из-юнится и результат решения задачи линейного программирования, т.е. ¡удут другими значения д,. Однако из самой постановки задачи физиче-ки предсказуема существенная особенность ее решения: максимально агруженными в любом случае окажутся наиболее "дешевые" пути транс-:ортировки сточных вод.

Конструктивно на канализационной сети крупного города всегда редусмотрены сооружения (аварийные водовыпуски, ливнеспуски), через огорые в случае необходимости сточная вода сбрасывается из системы ез очистки. Такие ситуации крайне нежелательны, однако полностью их сключить не удается. Учитывая основное свойство оптимального реше-

ния задачи линейного программирования, надо постараться сделать так, чтобы удельные затраты по всем путям, проходящим через аварийные во-довыпуски, были бы наиболее "дорогими". Тогда расходы воды по ним либо будут равны нулю, либо, если все возможности сети исчерпаны, -минимальными. Это достигается путем введения условных (или фактических по возмещению ущерба) затрат на аварийных водовыпусках и местах сброса неочищенных сточных вод, характеризуемых удельными затратами, во много, раз превышающими этот показатель Для реальных КНС, КОС. При наличии на сети нескольких аварийных водовыпусков, соотношением между удельными затратами на них, может быть выстроена система приоритетов для мест вынужденного сброса неочищенных сточных вод. Эти приоритеты должны быть определены с учетом экологических и других факторов (в том числе методом экспертных оценок) таким образом, чтобы сброс осуществлялся в тех местах, где будут возникать наименьшие отрицательные последствия.

Наличие транспортных связок между бассейнами канализования (позволяющих при необходимости обеспечить переброску сточных вод из одного бассейна канализования в другой) повышает надежность и эффективность функционирования всей СВКГ. Предлагаемый подход к управлению потокораспределением для нахождения наиболее экономичных путей транспортировки сточных вод может быть также использован на стадии проектирования, при разработке или корректировке генеральной схемы канализации крупного города.

Здесь устройство дополнительных переключений (транспортирующих устройств) между бассейнами канализования может имитироваться установкой фиктивных насосных станций, обеспечивающих перекачку сточных вод из одного бассейна в другой, удельные затраты на которых должны приниматься с учетом приведенных затрат на устройство этих переключений. Фактическое же транспортирование (переброска) сточных вод может осуществляться как с помощью перекачивающих устройств, так и самотеком за счет возникающего пьезометрического уклона.

На рис. 5.1 приведен вариант расширенного графа системы во до-отведения Санкт-Петербурга, где транспортные связи между КОС (15 -ССА, 16 - ЦСА) отражены фиктивными НС - 20, 21, за счет которых может осуществляться переброска сточных вод из одного канализования в другой, а также показаны возможные выпуски и аварийные сбросы неочищенных сточных вод.

При составлении математической модели структуру СВКГ можно описать таблицей инциденций "сооружение-маршрут", содержащей п

трок, где п - количество сооружений системы водоотведения и р толбцов - число возможных маршрутов транспортировки сточных вод, [ли матрицей А размером пхр . Для графа рис. 5.1 имеем п = 47, р = 54.

Матрицу А можно представить в виде двух подматриц А! и А2, где юдматрица А1 соответствует входным, а А2- остальным вершинам графа, хли канализационная сеть 1гмеет к входов, то размер матрицы А) будет к• р, а матрицы А2 - (п-к)- р.

Введем также в рассмотрите матрипу-строку расходов воды по

(ходам:

е=|0,,е2.-е*1 (5-5)

I матрицу-строку пропускных способностей сооружений:

С = \Сп.к,..Сп\. (5.6)

Если рассматривать сочетание расходов сточной воды по путям <7, сак элементы некоторой матрицы строки

го математическая модель канализационной сети может быть записана в «шпактном матричном виде:

Агдт=ет; (5.8)

АГ<?Т<СТ; (5.9)

<7, >0; (/=1,2, .../>),

где Т - символ транспонирования матриц.

Целевая функция задачи линейного программирования также может быть выражена в матричном виде, если ввести в рассмотрение матрицу-строку В удельных "стоимостей" по каждому из возможных путей гранспортировки сточных вод:

В = |В1,...ВР|, (5.10)

причем

В* = ХЛ; О^р), (5.П)

те5

г.е. удельная "стоимость" 5 -го пути есть сумма удельных затрат всех т активных сооружений, через которые этот путь проходит.

* Тогда целевая функция Е с учетом (9) записывается в виде:

Е = ВУ, (5.12)

и математическая задача нахождения оптимального потокораспределения формулируется следующим образом: при заданных матрицах А (а значит, -и А) и А2), С и В определить матрицу <7 при условии Е-» тт.

Таким образом, предложенная математическая модель и методология ее использования дают возможность оперативно управлять СВКГ по критерию минимума эксплуатационных затрат. При этом автоматически выполняется условие минимизации сброса неочищенных сточных вод, поскольку пути таких сбросов наиболее "дорогие", а алгоритм предусматривает загрузку "дорогих" маршрутов лишь в крайних случаях и в минимальных объемах. Чем больше на сети каналов-связок и КНС, качающих воду по разным направлениям, тем большей управляемостью характеризуется объект.

Для общесплавных систем водоотведения крупных городов, когда канализуемая территория измеряется сотнями квадратных километров городской территории (площадь Санкт-Петербурга составляет около 600 кв. км), характерна периодическая большая неравномерность поступления дождевых вод, связанная с тем, что часто дожди выпадают не на всей территории, а охватывают только часть бассейнов канализования. Важным фактором повышения эффективности СВКГ в этом случае является прогнозирование дождя.

Знание объемов осадков, аккумулированных в облачности над городом, и мест их предполагаемого выпадения над городской территорией позволяет разработать превентивные меры, чтобы либо избежать, либо существенно уменьшить выливания стоков из сооружений канализационной сети, а также возмущений в процессе биологической очистки воды на станциях аэрации. Таким образом, краткосрочный прогноз основных характеристик дождя, пусть и вероятностный, позволил бы с упреждением переводить систему в рабочие режимы, в наибольшей степени соответствующие возрастающим локальным нагрузкам, и тем самым повышать эффективности ее работы. Одним из возможных технических средств получения необходимой информации для этого, т.е. предсказания времени выпадения и основных параметров дождя, в настоящее время является погодный радар.

Идея использования погодных радаров для управления системой водоотведения базируется на том, что отраженный от облачности сигнал локатора содержит в себе информацию, позволяющую давать краткосрочный (на 2—3 часа вперед) прогноз, как самого факта выпадения дождя, так и его основных характеристик. Эта информация получается'путем обработки по специальным алгоритмам параметров отраженного сигнала радара, непрерывно сканирующего небо над городом. Таким образом, появля-

ется возможность за некоторое время вперед определять предполагаемую гидравлическую нагрузку на отдельные части бассейна канализования и, при необходимости, принимать превентивные меры управления по исключению, либо по минимизации нежелательных последствий, проявляющихся в нарушении нормальных режимов работы сооружений городской системы водоотведения.

Проведенный нами анализ показал, что принципиально возможно и технически осуществимо получение оценок следующих характеристик прогнозируемых осадков: ожидаемого времени начала и окончания дождя; количества накопленной в облачности влаги; интенсивности осадков. В настоящее время в С.-Петербурге проводятся подготовительные работы по использованию погодных радаров для краткосрочного прогнозирования выпадения дождевых осадков.

Сильный дождь существенно влияет на режимы работы обеих подсистем системы водоотведения: канализационную сеть, предназначенную для сбора и транспортировки стоков по городской территории, и очистные сооружения.

Применение погодных радаров в управлении потокораспределени-ем СВКГ требует внесения некоторых дополнений в математическую модель. В преддождевой период становится целесообразным оптимизировать потокораспределение таким образом, чтобы выбирались маршрута транспортировки расходов в сухую погоду, при которых образуется наибольший свободный объем сети 1УСК, что позволит принимать большее количество дождевых вод. В этом случае в рассмотренную математическую модель вносятся изменения - определяется свободная (незаполненная жидкостью) емкость сети:

п

(5.13)

У=Л+1

Целевая функция в матричной форме записывается в следующем

виде

= Ст- т—>тах . (5.14)

Практический интерес представляет также возможность выявления необходимых изменений в существующей структуре сети, чтобы добиться улучшения ее функционирования, или рассмотрения различных вариантов на стадии проектирования. В этом случае целесообразно оценить надежность транспортирования стоков по разным маршрутам. Математическая модель системы водоотведения может быть дополнена матрицей строкой

вероятности пребывания Р, различных маршрутов в рабочем (или аварийном) состоянии:

Эффективность работы всей системы водоотведения связана также с показателем степени управляемости, т.е. предельными возможностями перераспределения объемов (расходов) сточных вод из одного бассейна водоотведения на другой (другие), выраженным в относительных величинах от общего расхода. Степень управляемости (или управляемость) определяется для каждого бассейна водоотведения, замыкающегося на свои КОС, и ограничивается мощностью (пропускной способностью) сооружений, по которым осуществляется переброска сточных вод из одного бассейна в другие. Так, например, если для ЦСА (Южный бассейн водоотведения) возможна переброска в бассейн ССА 35 % сточных вод и столько же в бассейн ЮЗОС, то можно говорить о 70 %-й управляемости бассейна ЦСА (или принимать управляемость в долях от единицы - 0,7). Чем выше управляемость, тем больше вероятность безотказной работы системы водоотведения, и этот фактор должен учитываться уже на стадии проектирования СВКГ.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СВКГ

Реализация принципов и положений, изложенных в предыдущих разделах, требует проведения определенных организационных, управленческих и технических мероприятий, направленных на повышение эффективности СВКГ.

В разделе технических мероприятий важным элементом является система мониторинга расходов сточных вод, поступающих от различных бассейнов канализования в общую СВКГ. Это требует установки датчиков, системы обработки и передачи информации и др. По заказу ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" и с его участием были разработаны ультразвуковые расходомеры, основанные на измерении глубины (уровня) воды в канализационных коллекторах. Использование в них принципов, изложенных во втором разделе ("Гидравлические характеристики и закономерности движения жидкости в сетях системы водоотведения"), позволяют использовать более простые алгоритмы обработки информации, считываемой с датчиков, и обеспечивают более высокую точность измерения

Р

(5.15)

/=1

расходов.

Кроме того СВКГ должны быть оборудованы узлами переключения между бассейнами канализования и путями транспортировки стоков. В настоящее время на системе водоотведения С.-Петербурга такими узлами являются ГКНС, ВОНС, НС-6, однако для повышения эффективности внедряемой системы управления СВКГ, в откорректированной генеральной схеме канализации будут предусмотрены узлы переключения между всеми бассейнами канализования, замыкающимися на все станции аэрации города и учтена возможность повышения степени управляемости потокорас-пределением за счет больших относительных величин объемов переброски стоков между бассейнами.

Оборудование насосных агрегатов на всех НС программируемыми контроллерами и частотными преобразователями, внедрения более эффективных систем аэрации на КОС позволяет по данным исследований и фактическим результатам на ГКНС, ЦСА и других объектах получить снижение расхода электроэнергии на 10-15 %. С учетом выбора наиболее рационального маршрута транспортировки стоков эта экономия может увеличиться еще на 5-7 %.

Анализ экономических показателей природопользования ГУЛ "Водоканал Санкт-Петербурга" (плата за загрязнение окружающей природной среды) показал, что основная доля загрязнений приходится на водную среду [27]. Структура стоимости загрязнения окружающей природной среды за 1998-1999 гт. приведена в табл. 6.1.

Распределение стоимости сверхнормативного загрязнения водной среды по видам сбрасываемых сточных вод следующее:

сточные воды, отводимые через "прямые" общесплавные и бытовые выпуски - 34,5 %;

сточные воды, отводимые в водоемы после КОС - 28,2 %; промывные воды водопроводных очистных станций (ВОС) - 19 %; сточные воды, отводимые через "прямые" дождевые выпуски —

18,3 %.

Совершенствование системы оплаты и контроля за сбросом загрязняющих веществ в систему городской канализации, а также улучшения качества очистки сточных вод на КОС за счет внедрения нового оборудования и технологий, позволили снизить количество загрязнений, вносимых в природную среду.

Данные по массам и видам загрязняющих веществ, поступающих в водную среду от системы канализации С.-Петербурга, приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.1

Стоимость загрязнения окружающей природной среды от объектов ГУЛ "Водоканал Санкт-Петербурга"

Стоимость загрязнения

нормативного сверхнормативного

1998 г. 1999 г. 1998 г. 1999 г.

Среда млн. руб. % млн. руб. % млн. руб. %от нормативного ■млн. руб. % от нормативного

Водная 9,551 98,6 8,376 98,5

Воздух 0,038 0,4 0,036 0,4 3,281* 33,8 0,883* 10,4

Почва 0,102 1,0 0,095 1,1

* - 7 % от прибыли за услуги водоотведения

Таблица 6.2

Загрязняющие вещества Количество, т/год Загрязняющие вещества Количество, т/год

1998 г. 1999 г. 1998 г. 1999 г.

Взвешенные вещества 48376 41969 Марганец 153,2 128,1

Алюминий 1998 1821 БПК„ 34820 33119

Нефтепродукты 534 424 Железо 1415 1118

Общий азот 12962 12886 Ртуть 0,081 0,037

Медь 15,2 15,0 Фенолы 6,2 5,1

Цинк 98,8 97,2 Общий фосфор 1712 1699

Важную роль в оценке эффективности СВКГ играют подходы к определению допустимых сбросов (ДС) загрязнений по отдельным ингредиентам. Применяющиеся до настоящего времени подходы к определению ДС исходя из санитарно-гигиенических и (или) рыбохозяйственных нормативов ПДК не всегда полно отражают влияние загрязнений, поступающих со сточными водами, на экологию водоемов. Поэтому дальнейшее развитие направления экологического нормирования, изложенного в третьем разделе, и использование полученных результатов для определения ДС по каждому выпуску позволяет более обоснованно регулировать потокораспределение в СВКГ, выявлять прямые, аварийные и другие выпуски, наносящие наибольший экологический ущерб водоемам.

Снижение загрязнений почвы зависит от условий обработки, складирования и утилизации осадков сточных вод. Пуск в эксплуатацию в кон-

це 1997 г. цеха по сжиганию осадков на ЦСА позволил уменьшить годовое количество осадков с 459 тыс. тонн в 1997 г. до 311 тыс. тонн в 1998 г.

В диссертационной работе не рассмотрены непосредственно вопросы эффективности СВКГ, связанные с качеством очистки сточных вод на КОС. На действующих в С.-Петербурге КОС применена одна и та же технология очистки стоков и достигаются практически одинаковые показатели качества очистки. В то же время показатели себестоимости очистки разные и это учитывается в алгоритме управления.потокораспределением при поиске наиболее дешевых путей отведения сточных вод. В настоящее время на ССА введен в опытную эксплуатацию блок по биологическому удалению азота и фосфора из сточных вод, что позволит в перспективе использовать наиболее рациональную и отвечающую международным требованиям по защите Балтийского моря от загрязнений технологию очистки на всех КОС С.-Петербурга. Вопросы эффективности КОС можно рассматривать, используя предложенные подходы, как самостоятельную задачу в рамках общего направления повышения эффективности СВКГ.

Для повышения эффективности использования СВКГ при оценке работы системы по обобщающим показателям - себестоимости отведения сточных вод и объему сбрасываемых загрязнений, важную роль играет совершенствование организации эксплуатации СВКГ, нацеливание работы отдельных элементов системы на конечные результаты. В этой связи является рациональной организация эксплуатации СВКГ по бассейновому принципу, когда сети, выпуски, НС и КОС данного бассейна канализова-ния объединены в единый производственный комплекс и являются самостоятельной организационной структурой. В настоящее время, с учетом изложенных принципов, система водоотведения С.-Петербурга из двух комплексных структурных подразделений Южного (ЮПВ) и Северного (СПВ) предприятий водоотведения. В Центральном подчинении "Водоканала" будет находиться диспетчерская служба, дающая рекомендации бассейновым службам или принимающая на себя функции по пото-кораспределению при пиковых расходах, исходя из минимизации затрат по всей СВКГ.

Управление потокораспределением между бассейнами канализо-вания особенно эффективно при общесплавной системе канализации, когда из-за неравномерности выпадения осадков по территории города (что практически всегда имеет место при дождях большой интенсивности) возникает перегрузка одних бассейнов при резерве в пропускной способности на других.

Управление СВКГ, в соответствии с изложенными в пятом разделе положениями, может осуществляться в автоматическом режиме - при со-

ответствующем оснащении системы водоотведения датчиками и запорно-регулирующими устройствами. На первых этапах Управления СВКГ используются технологические карты Управления, в которых даны рекомендации операторам НС, узлов переключения и др., полученные на основе заранее выполненных расчетов при наиболее распространенных или возможных пиковых поступлениях сточных вод в характерных точках СВКГ. В этих расчетах учитывается режим поступления сточных вод в СВКГ в сухой период, имеющийся резерв в пропускной способности и соответствующая свободная емкость сети в различные часы суток, что позволяет обеспечить прием наибольшего объема дождевых вод.

Бассейновый принцип деления на части СВКГ позволяет перейти на акционирование элементов СВКГ и добиться более высоких показателей в современных экономических условиях. Проводимая ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга", в соответствии с изложенными принципами, организационно-структурная перестройка эксплуатации системы водоотведения С.-Петербурга позволила только за счет сокращения численности обслуживающего персонала получить экономию в 1998-1999 гг. 91 млн. рублей.

Бассейновый принцип организационной структуры позволяет более рельефно высветить наиболее узкие места в функционировании отдельных элементов СВКГ (сетей, НС, КОС, выпусков), влияющих на эффективность работы всей системы и более рационально использовать имеющиеся финансовые и другие ресурсы. Причем в каждом бассейне канализования выявлены свои приоритетные направления для инвестиций.

В дальнейшем, при экологическом нормировании и дифференцированном учете воздействия на окружающую среду отдельных выпусков, возможности обоснованной оценки ущерба и его компенсации в денежном выражении, должны уточняться показатели стоимости транспортировки сточных вод через активные сооружения (КОС, НС, выпуски и др.). Однако это не влияет на предлагаемые принципы и подходы к управлении: СВКГ, к оценке надежности и эффективности отдельных элементов системы.

Сравнение показателей эффективности работы одинаковых по назначению активных сооружений СВКГ, позволяет находить в них резервы и узкие места, устанавливать плановые показатели и сроки их достижения.

Общая организация управления СВКГ с учетом всех основных внешних и внутренних факторов требует создания в структуре "Водоканала" специальных (нетрадиционных) служб и подразделений: экологической, юридической, информационной - по связям со средствами массовой информации, общественностью и др., по работе с абонентами,

иностранными партнерами, инвесторами и др.

Часть специализированных подразделений может обеспечивать функционирование систем водоснабжения и водоотведения: служба материально-технического снабжения, энергетики, автоматизации автомобильного хозяйства и механизации, лаборатории качества воды, диагностики технического состояния сетей и сооружений и др., что позволяет снизить удельные затраты.

Помимо технических и организационно-технических мероприятий, осуществляемых на основе результатов выполненных исследований, значительное влияние на эффективность СВКГ будут оказывать организационно-управленческие аспекты работы Водоканала, что подтверждается данными экспертных оценок значимости факторов влияния. Поэтому данному направлению в работе было уделено большое внимание.

Для того, чтобы сформировать широкое понимание необходимости изменений, требуется тщательное и продуманное планирование. Основные факторы, определяющие необходимость изменений, включают:

• требования потребителей (как населения, так и промышленных предприятий) улучшить качество услуг водоснабжения и водоотведения;

• уменьшение водопотребления (и соответственно водоотведения), которое может оказать негативное воздействие на уровень доходов ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга";

« озабоченность органов государственного управления, широкой общественности, органов местной власти и международных организаций проблемами качества водной природной среды (в том числе водных объектов на территории Санкт-Петербурга, Невской Губы и Финского залива) и влиянием ее состояния на здоровье горожан и жителей районов, для которых эти водные объекты являются общими; необходимость повышения качества окружающей природной среды как фактора стимулирования развития экономики, коммерческого рыболовства; отдыха и туризма;

• острая необходимость увеличения объема капиталовложений в реконструкцию и замену изношенных основных средста и внедрение эффективных современных технологий;

• необходимость сокращения эксплуатационных затрат и, как следствие, оптимизация размера платы за услуги водоснабжения и водоотведения, взимаемой с потребителей;

• необходимость получения доходов от основной деятельности, достаточных для финансирования текущих эксплуатационных затрат, ре-

монта и замены основных средств, а также обслуживания займов (ши иных средств, привлеченных из внешних источников), необходимых дл; реализации проектов нового капитального строительства.

Простое увеличение объема капиталовложений не способно удов летворить все перечисленные требования - в первую очередь, необходим новый подход к управлению водопроводно-канализационным хозяйством.

Были определены ключевые области деятельности, направленны! на обеспечение достижения целей развития и повышения эффективное™ работы Водоканала:

Качество продукции:

• обеспечение бесперебойного водоснабжения в соответствии I установленными стандартами;

• отведение сточных вод, их очистка и сброс в природные объ екты в соответствии с нормативными требованиями;

• эффективное использование основных средств и ресурсов дл; обеспечения самого высшего качества оказываемых услуг.

Предоставление услуг потребителям и служба обществу в целом

• своевременное предоставление адресной информации и обес печение диалога с потребителями;

• учет потенциального изменения потребности в услугах со сто роны населения и промышленных предприятий в будущем;

• разработка продуманной политики в области охраны окр> жающей среды и минимизация отрицательного воздействия на экологш региона;

• разработка и практическая реализация комплексных долге срочных стратегий планирования по всем видам услуг;

• обеспечение устойчивой финансовой самостоятельности;

• определение наших приоритетных действий для решения сг мых насущных проблем;

• максимизация потенциала наших работников;

• правильное начисление и выставление счетов за оказанные ус

луги;

• консультации с нашими потребителями для определения и потребностей и мнения относительно наших планов.

Краеугольным камнем всего процесса изменений (модернизащп становится план корпоративного развития (ПКР). Он является стержне! всей работы в области планирования, а также:

• стимулирует делегирование полномочий и позволяет доводит до сведения всех работников цели и задачи предприятия;

• четко определяет основные задачи и годовые планы действий для всех руководителей высшего и среднего звена;

• позволяет руководству и персоналу Водоканала сформировать видение целостной картины развития предприятия в более долгосрочной перспективе;

• позволяет прочим заинтересованным сторонам (городской администрации, инвесторам и т.д.) лучше понять принципы деятельности Водоканала.

ПКР является официальным документом, который подписывается всеми руководителями предприятий и основных подразделений Водоканала. В нем рассматриваются принципы, цели, условия планирования, порядок взаимодействия между различными подразделениями, наши отношения с контролирующими органами и стоящие перед нами проблемы.

В ПКР должны быть представлены области деятельности и конкретные планы действий с указанием сроков их выполнения и руководителей, отвечающих за успешную реализацию каждого из этих планов. Также включены подробные годовые целевые показатели и ряд показателей эффективности труда, которые используются в качестве средства измерения успеха, которого удалось добиться руководителям высшего и среднего звена в достижении этих целевых показателей.

В ПКР включаются капиталовложения в рамках программ ремонтных работ и капитальных инвестиций (физические работы по техническому обслуживанию, ремонту; адресные программы; работы, финансируемые из средств займов и безвозмездных субсидий, выделенных международными организациями). Распределение проектов капиталовложений по степени приоритетности требует продуманного планирования в соответствии с критерием "прибыли в сравнении с затратами", что позволяет оптимально использовать ограниченные финансовые ресурсы. За выполнение соответствующей работы отвечает группа управления программами капитальных инвестиций. Здесь внедряются новые подходы к управлению активами и инвестиционному планированию, которые потребуются Водоканалу для осуществления своей хозяйственной деятельности в рыночных условиях.

Совершенствование управления финансами является ключевым фактором, который будет определять успех хозяйственной деятельности. В основе этой работы лежит стратегия управления финансами, которая является базовым элементом обеспечения скоординированной работы финансовых, экономических и бухгалтерских подразделений. В настоящее время ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" осваивает современные методы финансового анализа и моделирования.

Важное значение имеет создание новой корпоративной информ ционной системы (КИС), основанной на применении информационнь технологий. В перспективе эта система будет охватывать все функци касающиеся финансовой деятельности предприятия и выставления счетс потребителям, а также будет включать средство управления дебиторскс задолженностью. Руководителям предприятия в целом и его отдельнь филиалов требуется точная, актуальная и непротиворечивая информаци которая поможет им в выполнении функций управления. Новые бизне процессы и КИС помогут удовлетворить эту потребность.

В плане работ на текущий год указываются и описываются осно ные виды работ и оборудования, которые потребуют значительных затр; в текущем году (и в последующие годы). Сведения о затратах такого poJ являются важным элементом финансового анализа деятельности предпр ятия.

Важной составляющей в ПКР является тарифная политика, н правленная на обеспечение возможности финансирования инвестиций сферу оказываемых предприятием услуг, и в решении этой задачи обьга нужна поддержка со стороны городских властей. В качестве иллюстращ тарифной политики в других странах в табл. 6.3 мы сравнили тарифы, де ствующие в Санкт-Петербурге, с тарифами в некоторых крупных европе ских городах.

В области тарифной политики необходимо решать следующие з

дачи:

• индексация тарифов с учетом инфляции;

• увеличение тарифов в реальном выражении для обеспечен! финансирования срочных капитальных затрат (первоочередных проект» капитального строительства);

• увеличение тарифов в реальном выражении для обеспечен] финансирования реалистичной среднесрочной программы капитально строительства.

На основе ПКР ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" на рис. 6 представлена схема стратегии управления с учетом неблагоприятнь внешних факторов. Так, для Санкт-Петербурга снижение объемов уел составляло до 2 % ежегодно; уровень оплаты услуг с 1997 г. снизился в раза; рост цен на материально-технические ресурсы составлял около 40 ежегодно, а рост индекса инфляции в 1997 г. - начало 2000 г. состав! более 250 %.

Функциональная структура ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" учетом данных рекомендаций приведена на рис. 6.2. В ряде случаев эк номически и технически целесообразно выполнение отдельных операщ

по обслуживанию и ремонту оборудования осуществлять с привлечением на договорной основе специализированных организаций, не входящих в структуру "Водоканала".

Таблица 6.3

Сравнение тарифов на услуги водоснабжения и водоотведення в некоторых крупных европейских городах и Санкт-Петербурге

Город Цена на услуги водоснабжения и водоотведення (руб./м3) Цена на основании водопо-требления в объеме 200 м3/год (руб.) Годовой доход средней семьи (руб.) Процент от доходов семьи (%)

Санкт-Петербург 1,9 380 35 136 1,08

Бирмингем, Англия Измеренные показатели 55 11 ООО 644 400 1,7

Копенгаген, Дания 112 22 400 839 200 2,7

Франкфурт, Германия 102 20400 901 600 2,3

Хельсинки, Финляндия 52 10400 665 600 1,6

Вена, Австрия 82 16400 893 600 1,8

Функциональная структура ГУЛ "Водоканал Санкт-Петербурга" с учетом данных рекомендаций приведена на рис. 6.2. В ряде случаев экономически и технически целесообразно выполнение отдельных операций по обслуживанию и ремонту оборудования осуществлять с привлечением на договорной основе специализированных организаций, не входящих в структуру "Водоканала".

Расширение, реконструкция, модернизация элементов СВКГ, как правило, требуют больших объемов финансирования. Их реализация вызывает необходимость привлечения отечественных и зарубежных инвесторов, использования собственных средств. В соответствии с современными подходами, учитывающими зарубежный опыт, для крупных объектов выбор исполнителей (или инвестиционных проектов) должен осуществляться на конкурентной основе, путем проведения тендеров или других форм отбора.

-С

Снижение объемов услуг(до 2 % ежегодно)

1Г

Внешние экономические факторы ШЗЩ

ж

Рост индекса инфляции (в 1997-99 гт. более 250%)

Ж

Ж

Рост цен на материально-технические ресурсы (на 40 % . ежегодно)

Нехватка финансовых ресурсов

Задачи Водоканала: Бесперебойное предоставление услуг нормативного качества.

Безопасность жизнедеятельности потребителей. _Экологическая безопасность региона_

Необходимость изменений в стратегии управления предприятием

Рис. 6.1. Схема стратегии управления Водоканала с учетом неблагоприятных внешних факторов

-4-

Рис. 6.2. Функциональная структура ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга"

Сравнение различных вариантов и выбор лучшего из них целесс образно проводить по показателю чистого дисконтированного доход (ЧДД), представляющего собой величину превышения интегральных (экс

номических) результатов ^ над интегральными затратами ^ Z, :

время общего расчетного периода инвестиционного проекта Тр при зада1 ном шаге расчета V.

Тр -

ЧДД =]Г(Л(-2,).Й/, (б.

f=0

где а, -коэффициентдисконтирования.

Наиболее ощутимых результатов с учетом финансовых возможв стей и потребных инвестиций можно достигнуть при планировании и ре лизации поэтапного повышения эффективности СВКГ.

Внедрение результатов диссертационной работы в ГУ "Водоканал Санкт-Петербурга" позволило в 1998 - I кв. 2000 г. получи конкретные положительные результаты: экономию электроэнергии на 7 %; тепловой энергии - 14,4 %; автомобильного топлива - 13,7 %; реаге тов - 17,7 %. Автомобильный парк сократился на 194 единицы - 22,6 * Снижение затрат на эксплуатацию на 16 %.

Высвобождено 1077 рабочих мест за счет создания по бассейн вому принципу Северного и Южного предприятий водоотведения (вмес предприятий КНС, ССА, ЦСА, ПУЭКС) и объединения Водоканал (Пушкин, Ломоносов, Петродворец, Кронштадт) в Юго-Западный Водок нал. Себестоимость отведения 1 м3 сточных вод (при учете инфляции) с кратилась на 17 %.

Динамика технико-экономических показателей и инфляции 1997-2000 гг. приведена на рис. 6.3.

По итогам работы за 1999 г. ГУЛ "Водоканал Санкт-Петербург награжден дипломом Госстроя РФ "Лучшему Водоканалу России".

Опираясь на накопленный опыт в системе Водоканала < Петербурга и других городов, можно выделить следующие основные э' пы:

реорганизация структуры Водоканала;

использование новых финансово-экономических подходов;

совершенствование организации эксплуатации и У правлен

СВКГ;

изучение и использование новых технологий, техники, метол

расчета на стадии проектирования при расширении и модернизации СВКГ (включая проведение НИР по отдельным направлениям);

мониторинг, автоматизация технологических процессов и операций;

внедрение новой техники (перевооружение) в элементы СВКГ и технологию эксплуатации;

расширение, модернизация и реконструкция СВКГ.

350

, 330,7

300

250

200

I 165,7

150

112,4

100

94,3

50

Год

1997 1998 1999 2000

Рис. 6.3. Динамика технико-экономических показателей и инфляции

Этапы условно расположены в порядке увеличения потребных денежных средств при их реализации. Они должны быть разбиты на элементы (подэтапы) с обозначением сроков, потребных средств на их реализацию и ожидаемых результатов, а также, как правило, с выделением первоочередных задач.

Поскольку основные этапы взаимосвязаны, должны быть увязаны между собой и подэтапы. Потребные средства и сроки реализации этапов для каждой СВКГ будут свои с учетом внутренних и внешних факторов и могут меняться при изменении условий. Обобщающим документом планирования и реализации всех изменений (технических и организационных) может быть план корпоративного развития.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе системного анализа и метода экспертных оценок выделены основные группы факторов, влияющих на эффективность СВКГ, определен уровень их значимости, что является основой для выбора стратегии развития и управления СВКГ.

2. Даны теоретические обоснования, хорошо согласующиеся с результатами экспериментальных исследований, по определению пропускной способности и средних скоростей течения сточных вод в самотечных трубопроводах, позволяющие обосновывать места установки расходомеров, повысить точность определения расходов и упростить управление СВКГ.

3. Получены зависимости, позволяющие определить увеличение пропускной способности самотечных трубопроводов на концевых участках при уклонах меньших критических.

4. Выявлена динамика изменения расходов и концентраций загрязнений по основным ингредиентам в сточных водах в общественных коллекторах СВКГ в сухую погоду , во время дождей и снеготаяния, что позволяет планировать регулирование и управление режимом водоотведе-ния с учетом пропускной способности сооружений (элементов СВКГ) и экологических факторов.

5. Получены экологически допустимые концентрации отдельных ингредиентов при сбросе сточных вод в акваторию Невской Губы, базирующиеся на интегральном показателе и фактических данных по качеству воды водоема.

6. Предложены новые подходы к определению интегральной эксплуатационной (гидравлической) надежности основных структурных элементов системы водоотведения и методы их расчета (декомпозиции и эк-вивалентирования, учета продолжительности ремонтно-восстанови-тельных работ), показаны пути повышения надежности и управляемости СВКГ.

7. Сформулированы принципы структурного построения системы водоотведения, разработана математическая модель СВКГ, позволяющая учитывать надежность и управляемость системы водоотведения, дано ее графическое представление на примере С.-Петербурга.

8. Предложено управление СВКГ при оптимальном потокорас-пределении по критерию минимума затрат, позволяющее учитывать не только фактические затраты, но и затраты по компенсации экологического ущерба при эксплуатации СВКГ, а также по критерию максимума свободной емкости сети для приема наибольшего объема стока во время дождей

с учетом краткосрочного прогнозирования выпадения осадков при применении погодных радаров.

9. Разработанная математическая модель и алгоритм управления СВКГ позволяют вести поиск наиболее рациональных вариантов реконструкции и расширения СВКГ на стадии проектирования, в том числе с учетом показателей надежности.

10. Применительно к разработанным положениям по управлению СВКГ осуществлена организация эксплуатации канализации по бассейновому принципу, позволившая сократить численность обслуживающего персонала и повысить эффективность функционирования системы водоот-ведения.

11. Даны предложения по совершенствованию организационной структуры "Водоканала" с учетом внешних и внутренних факторов, намечены основные подходы к дальнейшему поэтапному повышению надежности, эффективности и управляемости СВКГ, с выделением приоритетных направлений, отраженных в ПКР.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Кармазинов Ф. В. Концепция создания технологии, аппаратов и систем контроля обработки природных и сточных вод и их осадков // Материалы немецко-советского симпозиума "Сточные воды большого города". Л., 1989.

2. Атанов А. Н., Глущенкова Г. Ф., Иванов Т. Н., Кармазинов Ф. В., Ушаков Н. П. Приборы и средства автоматизации. Отраслевой каталог. X. Экологически чистые технологии, оборудование, средства контроля, измерения, автоматизации. Стандартные методы и технические средства контроля параметров качества вод. Издательство "Информприбор", 1991, 97 с.

3. Кармазинов Ф. В. и др. Станция перекачки сточной жидкости, A.C. № 1763596 . 1992.

4. Кармазинов Ф. В. Перспективы развития водопроводно-канализационного хозяйства Санкт-Петербурга и международное сотрудничество в решении актуальных проблем И Тезисы доклада на Стокгольм-:ком симпозиуме по воде. 1993.

5. Кармазинов Ф. В. Канализация Санкт-Петербурга. Первооче-эедные мероприятия развития II Доклад на коллегии КУГХ мэрии Санкт-

Петербурга. 1993.

6. Кармазинов Ф. В. Из центра города - за его черту // Техника сегодня. 1994.

7. Кармазинов Ф. В., Игнатчик В. С., Варламов И. В. Создание модульной системы для комплектования и обслуживания насосных агрегатов // Материалы 51-й научной конференции СПбГАСУ. СПб. 1994. С. 1618.

8. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г. Проблемы водопроводно-канализационного хозяйства Санкт-Петербурга // Материалы международного конгресса "Вода: экология и технология", 1994. С. 436-446.

9. Кармазинов Ф. В. др. Измерение расхода и количества воды в ГП "Водоканал Санкт-Петербурга" // Водоснабжение и санитарная техника. 1995, № 5.

10. Кармазинов Ф. В. ГП "Водоканал Санкт-Петербурга" сегодня и завтра // Водоснабжение и санитарная техника. 1995. № 4.

11. Кармазинов Ф. В. Водоканал Ленинграда в блокаду // Водоснабжение и санитарная техника. 1995, № 5.

12. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г. Проблемы обработки и утилизации осадков городских сточных вод Санкт-Петербурга // Материалы международной научно-технической конференции "Проблемы обработки осадков сточных вод". Ченстохов. Польша. 1995. С.219-224.

13. Кармазинов Ф. В., ЦветковаЛ. И., У санов Б. П. Нормативное обеспечение экологической безопасности водных систем Санкт-Петербурга // Вестник Межпарламентской Ассамблеи. СПб, 1995, № 3(10). С. 145-147.

14. Кармазинов Ф. В. и др. Крепление рабочего колеса насоса. Патент №2044165,1995.

15. Кармазинов Ф. В. и др. Уплотнение рабочего колеса насоса. Патент № 2044928. 1995.

16. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г., Гоухберг М. С. Проблемы во-допроводно-канализационного хозяйства Петербурга и пути их решения А Материалы 3-го международного симпозиума "Реконструкция Санкт-Петербург-2005". 1995, ч. 4. С. 132-138.

17. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г., Гоухберг М. С. Развитие Санкт-Петербурга и проблемы водопроводно-канализационного хозяйстве // Материалы 3-го съезда СПб Союза НИО "Концепция развития Санкт-Петербурга". СПб., 1996. С. 84-87.

18. Кйрмазинов Ф. В., Гумен С. Г., Гоухберг М. С. Реализация генеральной схемы канализации Санкт-Петербурга // Тезисы докладов Меж дународного научно-практического симпозиума "Финский залив". СПб

1996.

19. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г., Медведев Г. П. Актуальные вопросы расчета очистных сооружений общесплавной канализации Санкт-Петербурга // Тезисы докладов Международного научно-практического . симпозиума "Финский залив". СПб, 1996.

20. Кармазинов Ф. В., Алексеев М. К, Ломбас С. В., Шаповалов В. Т. О реализации и корректировке генеральной схемы канализации Санкт-Петербурга //.-Материалы 54-й научной конференции СПбГАСУ. СПб., 1997.

21. Алексеев М. И., Кармазинов Ф. В. Математическое моделирование и управление системой водоотведения крупного города // Известия ЖКА: Городское хозяйство и экология. Водоснабжение и канализация.

1997, №2. С. 8-19.

22. Алексеев М. И., Кармазинов Ф. В., Курганов А. М. Гидравлический расчет сетей водоотведения. 4.1. Закономерности движения жидкости. СПб., СПбГАСУ, 1997, 121 с.

23. Алексеев М. К, Кармазинов Ф. В., Курганов А. М. Гидравлический расчет сетей водоотведения. 4.2. Расчетные таблицы. СПб., СПбГАСУ, 1997.365 с.

24. Кармазинов Ф. В., Курганов А. М., Алексеев М. И. Особенности равномерного безнапорного движения жидкости в канализационной сети // Материалы международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы коммунального водоснабжения и водоотведения". Кошалин. Польша, 1997.

25. Кармазинов Ф. В. Передовые технологии в водопроводно-канализационном хозяйстве С-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. 1997, № 1. С. 2-3.

26. Кармазинов Ф. В. и др. Новые методы ремонта канализационных сетей // Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 1. С. 22-25.

27. Кармазинов Ф. В. и др. Перекачка необезвоженных осадков сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 1. С. 26-27.

28. Кармазинов Ф. В. и др. Проектирование очистных сооружений комбинированной системы водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 4. С. 26-29.

29. Кармазинов Ф. В. Санирование канализационных сетей в Санкт-Петербурге, переключение прямых выпусков И 5-й Международный конгресс по прокладке трубопроводов. Гамбург. ФРГ, 1997. С. 415-439.

30. Кармазинов Ф. В. Экономика природопользования ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" // Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 12. С. 2-5.

31. Кармазинов Ф. В. и др. Надежность перекачки необезвожен-ных осадков сточных вод// Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 12. С.7-8.

32. Кармазинов Ф. В. Вода, которую мы пьем // Основы безопасности жизни. 1997. № 1.

33. Кармазинов Ф. В. Актуальные проекты краткосрочной программы развития водного сектора Санкт-Петербурга II Справочно-аналитический обзор "Экологическая обстановка в Санкт-Петербурге и Ленинградской области в 1996 году". СПб.: Гидрометеоиздат. 1997.

34. Кармазинов Ф. В. Некоторые вопросы экономики водопро-водно-канализационного хозяйства Санкт-Петербурга // Материалы 3-го международного конгресса "Вода: экология и технология". М., 1998.

35. Кармазинов Ф. В. ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" на конгрессе "ЭКВАТЭК-98" // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 5. С. 9.

36. Кармазинов Ф. В. ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" как субъект водной экосистемы Северо-Западного региона России // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 10. С. 2-4.

37. Кармазинов Ф. В., Большеменников Я. А., Ильин Ю. А., Игнату ик В. С. Реконструкция станции перекачки уплотненного ила // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 10. С. 16-17.

38. Кармазинов Ф. В., Тазетдинов Г. М., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю. Надежность транспортировки сточных вод системой водоотведения Санкт-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. №7. С. 8-11.

39. Кармазинов Ф. В. и др. Обеспечение надежности работы главных насосных станций // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. №10. С. 5-7.

40. Кармазинов Ф. В. и др. Эффективность управления системой водоотведения С.-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 10. С. 8-10.

41. Кармазинов Ф. В., Алексеев М. И. Защита водных ресурсов Санкт-Петербурга путем управления потокораспределением в системе во-доотведения//Сборник материалов научных чтений "Белые ночи". СПб., 1998. С. 85-86.

42. Кармазинов Ф. В., Тазетдинов Г. М., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С. Условия развития и риск появления аварий на сооружениях ситсем водоотведения//Сборник материалов научных чтений "Белые ночи". СПб., 1998. С. 101.

43. Кармазинов Ф. В., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С. Повышение

надежности и экологической безопасности канализационных сооружений путем применения нового насосного оборудования//Сборник материалов научных чтений "Белые ночи". СПб., 1998. С. 101-102.

44. Кармазинов Ф. В., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю. Экологическая безопасность тоннельных коллекторов Санкт-Петербурга//Сборник материалов научных чтений "Белые ночи". СПб., 1999. С. 188-192.

45. Алексеев М. И., Кармазинов Ф. В., ЦветковаЛ. И. Реализация стратегии устойчивого развития применительно к проблемам водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга//Материалы заочной конференции 'Безопасность XXI века". СПб., 1999. Вып. 2. С. 5-6.

46. Алексеев М. И., Цветкова Л. И., Кармазинов Ф. В., Неверова-Цзиопак Е. В. Обеспечение экологической безопасности водоемов при сбросе сточных вод//Сб. докл. науч. чтений, посвящ. 100-летию со дня рождения С. М.Шифрина. СПбГАСУ. СПб., 1999. С. 8-17.

47. Курганов А. М., Кармазинов Ф. В., Алексеев А. М. Особенности измерения расходов жидкости в каналах систем водоотведения// Сб. юкл. науч. чтений, посвящ. 100-летию со дня рождения С. М.Шифрина. :П6ГАСУ. СПб., 1999. С. 61-67.

48. Кармазинов Ф. В., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю. Оценка риска появления аварий при эксплуатации главных канализа-хионных насосных станций // Сб. докл. науч. чтений, посвящ. 100-летию :о дня рождения С. М.Шифрина. СПбГАСУ. СПб., 1999. С. 107-112.

49. Кармазинов Ф. В., Лившиц М. Б., Ковалевский В. Е. Монито->инг и управление канализационной системой Санкт-Петербурга // Водо-:набжение и санитарная техника. 1999. № 10. С. 8.

50. Кармазинов Ф. В. и др. Надежность тоннельных коллекторов / Водоснабжение и санитарная техника. 1999. № 12. С. 16-19.

51. Кармазинов Ф. В. и др. Отведение и очистка сточных вод "анкт-Пегербурга. СПб.: Стройиздат, 1999.420 с.

52. Кармазинов Ф. В. и др. Безопасность тоннельных коллекторов лубокого заложения (на примере С.-Петербурга)//Доклады 57-й научной :онф. СПбГАСУ. Ч. I. СПб., 2000. С. 18-20.

53. Кармазинов Ф. В. и др. Реконструкция транспортной схемы садков Кронштадской станции аэрации // Водоснабжение и санитарная ехника. 2000. № 3. С. 15-16.

54. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г. Ремонт водопроводно-анализациоНных сетей по бестраншейным технологиям / Российская ар-итектурно-строительная энциклопедия. Т.VI "Перспективные направле-ия развития жилищно-коммунального хозяйства России". М., 2000. С. 6-103.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе системного анализа и метода экспертных оценок выделены ос-овные группы факторов, влияющих на эффективность СВКГ, определен уровень к значимости, что является основой для выбора стратегии развития и управле-ня СВКГ.

2. Даны теоретические обоснования, хорошо согласующиеся с результатами хпериментальных исследований, по определению пропускной способности и )едних скоростей течения сточных вод в самотечных трубопроводах, позво-[ющие обосновывать места установки расходомеров, повысить точность опре-;ления расходов и упростить управление СВКГ.

3. Получены зависимости, позволяющие определить увеличение пропуск-)й способности самотечных трубопроводов на концевых участках при уклонах шьших критических.

4. Выявлена динамика изменения расходов и концентраций загрязнений по новным ингредиентам в сточных водах в общественных коллекторах СВКГ в хую погоду , во время дождей и снеготаяния, что позволяет планировать регу-рование и управление режимом водоотведения с учетом пропускной способно-и сооружений (элементов СВКГ) и экологических факторов.

5. Получены экологически допустимые концентрации отдельных ингреди-тов при сбросе сточных вод в акваторию Невской Губы, базирующиеся на инигральном показателе и фактических данных по качеству воды водоема.

6. Предложены новые подходы к определению интегральной эксплуатаци-нной (гидравлической) надежности основных структурных элементов системы эдоотведения и методы их расчета (декомпозиции и эквивалентирования, учета эодолжительности ремонтно-восстановительных работ), показаны пути повы-ения надежности и управляемости СВКГ.

7. Сформулированы принципы структурного построения системы водоот-щения, разработана математическая модель СВКГ, позволяющая учитывать на-:жность и управляемость системы водоотведения, дано ее графическое пред-авление на примере С.-Петербурга.

8. Предложено управление СВКГ при оптимальном потокораспределении > критерию минимума затрат, позволяющее учитывать не только фактические граты, но и затраты по компенсации экологического ущерба при эксплуатации ВКГ, а также по критерию максимума свободной емкости сети для приема наи-лыпего объема стока во время дождей с учетом краткосрочного прогнозирова-я выпадения осадков при применении погодных радаров.

9. Разработанная математическая модель и алгоритм управления СВКГ по-эляют вести поиск наиболее рациональных вариантов реконструкции и расши-ния СВКГ на стадии проектирования, в том числе с учетом показателей надеж-сти.

10.Применительно к разработанным положениям по управлению СВКГ /ществлена организация эксплуатации канализации по бассейновому принципозволившая сократить численность обслуживающего персонала и повысить ^ективность функционирования системы водоотведения.

11. Даны предложения по совершенствованию организационной структуры эдоканала" с учетом внешних и внутренних факторов, намечены основные *ходы к дальнейшему поэтапному повышению надежности, эффективности и >авляемости СВКГ, с выделением приоритетных направлений, отраженных в Р.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кармазинов Ф. В. Концепция создания технологии, аппаратов и систем энтроля обработки природных и сточных вод и их осадков // Материалы немец-э-советского симпозиума "Сточные воды большого города". Л., 1989.

2. Атанов А. Н., Глущенкова Г. Ф., Иванов Т. Н., Кармазинов Ф. В., Ушаков г. П. Приборы и средства автоматизации. Отраслевой каталог. X. Экологически ястые технологии, оборудование, средства контроля, измерения, автоматизации, тандартные методы и технические средства контроля параметров качества вод. здательство "Информприбор", 1991, 97 с.

3. Кармазинов Ф. В. и др. Станция перекачки сточной жидкости, A.C.

2 1763596 . 1992.

4. Кармазинов Ф. В. Перспективы развития водопроводно-шализационного хозяйства Санкт-Петербурга и международное сотрудничество решении актуальных проблем // Тезисы доклада на Стокгольмском симпозиуме

3 воде. 1993.

5. Кармазинов Ф. В. Канализация Санкт-Петербурга. Первоочередные ме-шриятия развития // Доклад на коллегии КУГХ мэрии Санкт-Петербурга. 1993.

6. Кармазинов Ф. В. Из центра города - за его черту // Техника сегодня.

94.

7. Кармазинов Ф. В., Игнатчик В. С., Варламов И. В. Создание модульной [стемы для комплектования и обслуживания насосных агрегатов // Материалы -й научной конференции СПбГАСУ. СПб. 1994. С. 16-18.

8. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г. Проблемы водопроводно-нализационного хозяйства Санкт-Петербурга // Материалы международного »нгресса "Вода: экология и технология", 1994. С. 436-446.

9. Кармазинов Ф. В. др. Измерение расхода и количества воды в 1 "Водоканал Санкт-Петербурга" // Водоснабжение и санитарная техника. 1995,

5.

10.Кармазинов Ф. В. ГП "Водоканал Санкт-Петербурга" сегодня и завтра // >доснабжение и санитарная техника. 1995. № 4.

11. Кармазинов Ф. В. Водоканал Ленинграда в блокаду // Водоснабжение и нитарная техника. 1995, № 5.

12. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г. Проблемы обработки и утилизации осад-в городских сточных вод Санкт-Петербурга // Материалы международной на-но-технической конференции "Проблемы обработки осадков сточных вод", •нстохов. Польша. 1995. С.219-224.

13. Кармазинов Ф. В., Цветкова Л. И., У санов Б. П. Нормативное обеспече-е экологической безопасности водных систем Санкт-Петербурга // Вестник гжпарламентской Ассамблеи. СПб, 1995, № 3(10). С. 145-147.

14. Кармазинов Ф. В. и др. Крепление рабочего колеса насоса. Патент 2044165, 1995.

15. Кармазинов Ф. В. и др. Уплотнение рабочего колеса насоса. Патент & 2044928. 1995.

16.Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г., Гоухберг М. С. Проблемы водопроводно-анализационного хозяйства Петербурга и пути их решения // Материалы 3-го [еждународного симпозиума "Реконструкция Санкт-Петербург-2005". 1995, ч. 4. :. 132-138.

17. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г., Гоухберг М. С. Развитие Санкт-[етербурга и проблемы водопроводно-канализационного хозяйства // Материалы -го съезда СПб Союза НИО "Концепция развития Санкт-Петербурга". СПб., 996. С. 84-87.

18. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г., Гоухберг М. С. Реализация генеральной ^емы канализации Санкт-Петербурга // Тезисы докладов Международного науч-э-практического симпозиума "Финский залив". СПб. 1996.

19. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г., Медведев Г. П. Актуальные вопросы рас-гга очистных сооружений общесплавной канализации Санкт-Петербурга // Тези->1 докладов Международного научно-практического симпозиума "Финский за-1в". СПб, 1996.

20. Кармазинов Ф. В., Алексеев М. И., Ломбас С. В., Шаповалов В. Т. О реа-оации и корректировке генеральной схемы канализации Санкт-Петербурга // Материалы 54-й научной конференции СПбГАСУ. СПб., 1997.

21. Алексеев М. И., Кармазинов Ф. В. Математическое моделирование и [равление системой водоотведения крупного города // Известия ЖКА: Городов хозяйство и экология. Водоснабжение и канализация. 1997, № 2. С. 8-19.

22. Алексеев М. И., Кармазинов Ф. В., Курганов А. М. Гидравлический рас-т сетей водоотведения. 4.1. Закономерности движения жидкости. СПб., 16ГАСУ, 1997, 121 с.

23. Алексеев М. И., Кармазинов Ф. В., Курганов А. М. Гидравлический рас-т сетей водоотведения. 4.2. Расчетные таблицы. СПб., СПбГАСУ, 1997. 365 с.

24. Кармазинов Ф. В., Курганов А. М., Алексеев М. И. Особенности равно-рного безнапорного движения жидкости в канализационной сети // Материалы ждународной научно-технической конференции "Актуальные проблемы ком-нального водоснабжения и водоотведения". Кошалин. Польша, 1997.

25. Кармазинов Ф. В. Передовые технологии в водопроводно-яализационном хозяйстве С-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техни

1997, № 1. С. 2-3.

26. Кармазинов Ф. В. и др. Новые методы ремонта канализационных сетей // доснабжение и санитарная техника. 1997. № 1. С. 22-25.

27. Кармазинов Ф. В. и др. Перекачка необезвоженных осадков сточных вод водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 1. С. 26-27.

28. Кармазинов Ф. В. и др. Проектирование очистных сооружений комби-эованной системы водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. )7. № 4. С. 26-29.

29. Кармазинов Ф. В. Санирование канализационных сетей в Санктетербурге, переключение прямых выпусков // 5-й Международный конгресс по эокладке трубопроводов. Гамбург. ФРГ, 1997. С. 415-439.

30. Кармазинов Ф. В. Экономика природопользования ГУП "Водоканал анкт-Петербурга" // Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 12. С. 2-5.

31. Кармазинов Ф. В. и др. Надежность перекачки необезвоженных осадков очных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 12. С.7-8.

32.Кармазинов Ф. В. Вода, которую мы пьем // Основы безопасности жизни. >97. № 1.

33. Кармазинов Ф. В. Актуальные проекты краткосрочной программы раз-[тия водного сектора Санкт-Петербурга // Справочно-аналитический обзор дологическая обстановка в Санкт-Петербурге и Ленинградской области в 1996 ду". СПб.: Гидрометеоиздат. 1997.

34. Кармазинов Ф. В. Некоторые вопросы экономики водопроводно-нализационного хозяйства Санкт-Петербурга // Материалы 3-го международно-конгресса "Вода: экология и технология". М., 1998.

35. Кармазинов Ф. В. ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" на конгрессе ЖВАТЭК-98" // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 5. С. 9.

36. Кармазинов Ф. В. ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" как субъект вод->й экосистемы Северо-Западного региона России // Водоснабжение и санитар-я техника. 1998. № 10. С. 2-4.

37. Кармазинов Ф. В., Болыиеменников Я. А., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С. конструкция станции перекачки уплотненного ила // Водоснабжение и сани-рная техника. 1998. № 10. С. 16-17.

38. Кармазинов Ф. В., Тазетдинов Г. М., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С., шатчик С. Ю. Надежность транспортировки сточных вод системой водоотве-ния Санкт-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 7. 8-11.

39. Кармазинов Ф. В. и др. Обеспечение надежности работы главных насос-[х станций // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 10. С. 5-7.

40. Кармазинов Ф. В. и др. Эффективность управления системой водоотве-ния С.-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 10. 8-10.

41. Кармазинов Ф. В., Алексеев М. И. Защита водных ресурсов Санкт-тербурга путем управления потокораспределением в системе водоотведе-я//Сборник материалов научных чтений "Белые ночи". СПб., 1998. С. 85-86.

42. Кармазинов Ф. В., Тазетдинов Г. М., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С. Усло-я развития и риск появления аварий на сооружениях ситсем водоотведе-я//Сборник материалов научных чтений "Белые ночи". СПб., 1998. С. 101.

43. Кармазинов Ф. В., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С. Повышение надежности жологической безопасности канализационных сооружений путем применения вого насосного оборудования//Сборник материалов научных чтений "Белые чи". СПб., 1998. С. 101-102.

44. Кармазинов Ф. В., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю. Экологическая безопасность тоннельных коллекторов Санкт-Петербурга//Сборник материалов научных чтений "Белые ночи". СПб., 1999. С. 188-192.

45. Алексеев М. И., Кармазинов Ф. В., Цветкова Л. И. Реализация стратегии устойчивого развития применительно к проблемам водоснабжения и водоотведе-ния Санкт-Петербурга//Материалы заочной конференции "Безопасность XXI века". СПб, 1999. Вып. 2. С. 5-6.

46. Алексеев М. И., Цветкова Л. И., Кармазинов Ф. В., Неверова-Дзиопак Е. В. Обеспечение экологической безопасности водоемов при сбросе сточных вод//Сб. докл. науч. чтений, посвящ. 100-летию со дня рождения С. М.Шифрина. СПбГАСУ. СПб., 1999. С. 8-17.

47. Курганов А. М., Кармазинов Ф. В., Алексеев А. М. Особенности измерения расходов жидкости в каналах систем водоотведения// Сб. докл. науч. чтений, тосвящ. 100-летию со дня рождения С. М.Шифрина. СПбГАСУ. СПб, 1999.

61-67.

48. Кармазинов Ф. В., Ильин Ю. А., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю. Оценка >иска появления аварий при эксплуатации главных канализационных насосных танций // Сб. докл. науч. чтений, посвящ. 100-летию со дня рождения С. /Г.Шифрина. СПбГАСУ. СПб, 1999. С. 107-112.

49. Кармазинов Ф. В., Лившиц М. Б., Ковалевский В. Е. Мониторинг и правление канализационной системой Санкт-Петербурга // Водоснабжение и са-итарная техника. 1999. № 10. С. 8.

50. Кармазинов Ф. В. и др. Надежность тоннельных коллекторов // Водо-набжение и санитарная техника. 1999. № 12. С. 16-19.

51. Кармазинов Ф. В. и др. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Гетербурга. СПб.: Стройиздат, 1999. 420 с.

52. Кармазинов Ф. В. и др. Безопасность тоннельных коллекторов глубоко-э заложения (на примере С.-Петербурга)//Доклады 57-й научной конф. СПбГА-У. Ч. I. СПб, 2000. С. 18-20.

53. Кармазинов Ф. В. и др. Реконструкция транспортной схемы осадков ронштадской станции аэрации // Водоснабжение и санитарная техника. 2000. зЗ. С. -15-16.

54. Кармазинов Ф. В., Гумен С. Г. Ремонт водопроводно-канализационных >тей по бестраншейным технологиям / Российская архитектурно-строительная [циклопедия. Т. VI "Перспективные направления развития жилищно-»ммунального хозяйства России". М, 2000. С. 96-103.