автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Управление системой водоотведения крупного города и повышение её эффективности

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

1 О ФЕ? На правах рукописи

КАРМАЗИНОВ Феликс Владимирович

УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ВОДООТВЕДЕНИЯ КРУПНОГО ГОРОДА И ПОВЫШЕНИЕ ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Д ис с ер та ция в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1998

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

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ,

д.т.н., профессор Дикаревский B.C., д.т.н., профессор Ермолин Ю.А.

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

Защита состоится 24. 02. 98 в 13 ч 30 мин на заседании диссертационного Совета К.063.31.03 в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 198005, г Санкт-Петербург, 2-я Красноармейскаяул., дом 4, зал заседаний

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан 22. 01. 98

Ученый секретарь

кандидат технических наук, доцент

Г.П.Комина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Санитарно-экологическая обстановка крупных городов 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. Система водоотведения крупного города (СВКГ) имеет ряд особенностей: большая протяженность сетей, наличие большого количества насосных станций (НС) и коллекторов глубокого заложения;

как правило, децентрализованная схема водоотведения (наличие нескольких очистных станций и выпусков сточных вод);

различная продолжительность функционирования отдельных объектов СВКГ или участков сети и разное их техническое состояние;

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

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

значительное увеличение расходов сточных вод во время дождей и в период снеготаяния - это увеличение особенно велико при наличии в СВКГ общесплавных сетей.

Кроме того, очистные сооружения в СВКГ, как правило, требуют расширения или реконструкции из-за дефицита пропускной способности или несоответствия современным требованиям к качеству очистки; а большие объемы и особенности состава осадков на КОС требуют специальных решений по их обработке, хранению и использованию (утилизации).

Основные фонды СВКГ оцениваются в триллионы рублей. Ежегодные эксплуатационные расходы, например, для системы канализации С.- Петербурга, составляют около 760 млрд. руб. (в ценах 1997 г), поэтому даже незначительное сокращение расходов дает ощутимый экономический эффект.

Эффективность СВКГ в итоге определяется обобщенными санитарно-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 количеству загрязнений (общих, включая бактериальные, или по отдельным наиболее характерным ингредиентам), поступающих в природную среду при

функционировании СВКГ, и их относительным величинам по сравнению с предельно допустимыми сбросами (ПДС).

Следует отметить, что ПДС, определяемые исходя из предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ, установленных для водоемов той или иной категории и вида водопользования, могут отличаться от допустимых сбросов, найденных исходя из экологически допустимых концентраций (ЭДК), которые должны быть региональными, комплексно учитывающими абиотические, биотические, антропогенные факторы и резервы экосистем.

Технические показатели СВКГ характеризуют энергоемкость, потребление реагентов, характеристики оборудования, пропускная способность и надежность элементов СВКГ, методы строительства и эксплуатации и др.; экономические показатели - строительная стоимость объектов СВКГ, приведенные затраты, себестоимость услуг по отведению и очистке стоков, компенсации за ущерб, наносимый окружающей среде и др.

Технические характеристики СВКГ влияют на экологические и экономические показатели, затрагивают социальные вопросы, связанные с условиями труда, возможностью автоматизации процессов, численностью обслуживающего персонала. Причем в ряде случаев при разных инженерно-технических решения* можно получить близкие по значениям экологические и экономические характеристики СВКГ.

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

Взаимосвязанность экологических, инженерно-технических, экономических организационно-управленческих вопросов требует системного анализа \ комплексного подхода при решении задачи повышения эффективности СВКГ.

Возможности совершенствования функционирования СВКГ, основанные н; опыте обслуживающего персонал, оказываются практически исчерпанными Отдельные научно-обоснованные решения по СВКГ должны приниматься на ста дш проектирования или учитываться при реконструкции отдельных элементов СВКГ

Целью данной работы является научное обоснование и определение основны: направлений совершенствования инженерно-технических решений, нормативны: показателей и организации эксплуатации СВКГ, обеспечивающих повышение С' эффективности.

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

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

разработать принципы математического моделирования СВКГ, позволяющи

оцега1вать эффективность функционирования СВКГ на стадии проектирования и эксплуатации;

выполнить исследования и дать предложения по совершенствованию отдельных элементов СВКГ, направленные на повышение эффективности всей системы водоотведения;

провести регрессионный анализ атаяния на водоем - приемник сточных вод, отдельных ингредиентов для интегральной оценки экологического воздействия выпусков сточных вод;

разработать основные подходы поэтапного повышения эффективности СВКГ. На защиту выносятся: ~ Результаты системного анализа факторов, влияющих на эффективность СВКГ;

- Математическая модель и принципы управления СВКГ на стадии эксплуатации и поиска наилучших решений на стадии проектирования;

- Результаты регрессионного анализа влияния на водоем ряда ингредиентов, содержащихся в сточных водах;

- Теоретические зависимости и положения по особенностям безнапорного движения сточной жидкости в сетях водоотведения;

- Технические решения по совершенствованию элементов СВКГ.

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;

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;

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;

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

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 потокораспределение при эксплуатации системы водоотведения. Результаты работы были использованы при корректировке

5 -

Генеральной схемы канализации С.- Петербурга.

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 на международных конгрессах, конференциях, симпозиумах: "Сточные воды большого города" - Ленинград, 1989; "Водныйсимпозиум"-Стокгольм, 1993,1997;конгрессе "Вода: экология и технология" - Москва, 1994,1996; "Проблемы обработки осадков сточных вод" - Ченстохов, Польша, 1995; "Реконструкция С.- Петербурга", 1995; "Актуальные проблемы коммунального водоснабжения и водоотведения" -Кошалин, Польша, 1997; "Финский залив" - С.- Петербург, 1996, на съезде Союза НПО "Концепция развития С.- Петербурга" - 1995; на научных конференциях СПбГАСУ - 1992-1997; на конференциях Ассоциации Водоканалов России -1993-1996.

Личный вклад соискателя

Соискатель являлся руководителем, организатором, а также принимал участие во всем комплексе научно-исследовательских работ, представленных в настоящем докладе.

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

Публикации

Основные результаты исследований опубликованы в 31 работе, niciicmas нормативно-справочную литературу , два патента и авторское свидетельство ш изобретение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. СОСТОЯНИЕ РАССМАТРИВАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ И ОЦЕНКА ФАКТОРОВ ВЛИЯНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СВКГ

Представляемая к защите в форме научного доклада диссертация базируется на выполненных соискателем научных исследованиях, публикациях, авторских свидетельствах на изобретения, анализе результатов исследований других авторов и на фактических данных эксплуатации системы водоотведения (канализации) Ленишрада-Санкт-Петербурга.

СВКГ является сложной системой со множеством отдельных взаимосвязанных элементов. Работу СВКГ можно оценивать по многим показателям. В качестве интегральных (обобщающих) можно принять себестоимость водоотведения и очистки сточных вод и количество загрязнений, поступающих со сточными водами в водоемы, в относительных величинах от предельно допустимых сбросов (ПДС), при которых будет обеспечиваться допустимое экологическое состояние водной среды. На эффективность работы СВКГ влияют многие факторы: применявшиеся методы расчета, проектирования и строительства отдельных элементов СВКГ; их техническое состояние на данный момент; организация эксплуатации и оснащенность обслуживающего персонала, рабочих мест и элементов СВКГ приборами, оборудованием, средствами автоматизации; количество и загрязненность сточных вод, величины допустимых сбросов и др.

В процессе работы по теме диссертации были систематизированы и обобщены труды многих отечественных и зарубежных авторов: в области формирования, отведения и сброса сточных вод в водоемы: академиков H.H. Павловского, C.B. Яковлева, профессоров Н.Ф. Федорова, Г.Г. Шишрина, Л.И. Цветковой, Д. Стефенсона, Л. Пааля, А.П. Нечаева, Б.Г. Мищукова, Г.П. Медведева, A.M. Курганова, Б.Ф. Лямаева, H.A. Лукиных, H.H. Лаптева, Ю. Дзопака, B.C. Дикаревсюго, X. А. Вельнера, Ю.Б. Безобразова, И. А. Абрамовича, М.И. Алексеева, к.т.н. М.В. Молокова, Г.И. Копиной и др.; в области надежности, экологической безопасности и управления элементами систем водоотведения: академиков РАН и РААСН C.B. Яковлева, В.В. Найденко, B.C. Дикаревсюэго, профессоров Б.Н. Репина, Ю.А. Ильина, B.C. Игнатчика, Ю.А. Ермолина, В.К. Донченко, М.И. Алексеева и др. .

Кроме того, были проанализированы работы ведущих в России научно-исследовательских организаций и профилирующих кафедр вузов РФ: ВНИИ ВОДГЕО, НИИКВОВ, МосводоканалНИИпроекга, МГСУ, СПбГАСУ, НГАСУ и др., а также опыт эксплуатации систем водоотведения ряда 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. [3,4,7,13,23,26].

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 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" й "внутренние".

К "внешним" факторам были отнесены: общая политическая, экономическая и экологическая ситуации; нормативно-правовая база; система Управления городским хозяйством города; система финансирования и инвестиций; 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 (на 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 Tfl, 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.

"Внутренние" факторы - четыре группы, оценивались по двум вариантам:

I вариант - требуется расширение и модернизация СВКГ для обеспечения санитарно-экологических требований.

II вариант - мощности СВКГ достаточны для обеспечения санитарно-экологическич требований, необходима лишь частичная модернизация Ii планово-предупредительный ремонт отдельных частей (элементов) системы.

Значимость факторов, полученная по результатам экспертных оценок приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Факторы Уровень значимости

I вариант II вариант

Внешние 0,18* 0,05*

Внутренние:

I группа 0,32' 0,27*

П группа 0,17 0,28

III группа 0,19 0,24

IV группа .0,14 0Д6

* - значимость фактора зависит от дефицита потребных мощностей СВКГ, технического состояния, сроков службы существующей части системы водоотведёния - в С. -Петербурге в настоящее время около 30 % городских сточных вод поступают в водоемы без очистки. . .••■...;

При дефиците 'мощностей СВКГ относительная значймость фактора организации Упрашения 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, • 9

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 недостатке мощностей СВКГ значительную роль в их устранении играют внешние факторы и это обстоятельство необходимо учитывать при организации управления в системе Водоканала.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ВОДООТВЕДЕНИЯ КРУПНОГО ГОРОДА

Комплекс задач, требующих решения при управлении таким сложным, территориально рассредоточенным объектом, каким является система водоотведения крупного города (СВКГ), весьма широк и разнообразен. Любое управление связано с необходимостью принятия решений, целью которых является перевод объекта в состояние, отвечающее представлениям о "хорошей" работе системы, либо удержание ее в этом состоянии, если оно 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, пока не введен формальный критерий управления, такие термины, как "эффективность", "хорошая" либо "плохая" работа системы,

10

носят субъективный, а часто - и эмоциональный, характер. Это устраняется путем математического моделирования работы объекта, если степень эффективности его функционирования удается оценить некоторым числом (показателем качества), указав при этом, как это число определяется (измеряется).

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 таком случае говорят, что управление ведется по критерию минимума (либо максимума) показателя качества.

Ответ на вопрос, что принять за показатель эффективности не может быть получен формально, т.е. в результате каких-то математических выкладок. 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 системами 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 ставные, 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 этом смысле типичным является организация управления юродской канализационной сетью.

В настоящее время системы водоотведения крупных городов разбиты на эксплуатационные участки и объекты (насосные станции, регулирующие резервуары, очистные сооружения и др.). И хота организационные участки и объекты подчинены единому центру, а системная цель участков и центра одна и та же (отведение сточной воды при выполнении технологических ограничений), 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" режимы работы каждого из участков (объектов) не оптимизируют функционирование системы в целом. Такие ситуации исключаются автоматически, если управление объектом производится на основе так называемого системного подхода.

При системном подходе стратегия управления вырабатывается центром, исходя их достижения общесистемной цели наилучшим, в заранее оговоренном смысле, образом, а управляющие подразделения более низкого уровня иерархии строят свою работу так, чтобы удовлетворить некоторым общим условиям, задаваемым центром. Практика эксплуатации сложных'систем показывает, что соотношение функций управления между центром и структурами более низких иерархических ступеней зависит от многих факторов и не может быть определено в общем виде. Однако устоявшимся на сегодняшний день является мнение, что нецелесообразно сосредотачивать все или большую часть функций управления в едином центре. Необходима разумная степень децентрализации, когда стратегические задачи определяются центром, а решение задач подчиненного, тактического характера возлагается на структурные подразделения более низкого уровня иерархии.

Одной из основных задач по управлению процессами в системах водоотведения крупных городов является задача перераспределения потоков сточных вод по сооружениям канализационной системы некоторым наилучшим

12

образом, с тем чтобы наиболее эффективно использовать возможности отдельных сооружений (объектов) системы. Однако эффективность результатов или решения данной задачи зависит от ряда факторов и в первую очередь от принятой схемы канализации.

Наиболее распространенной схемой, по которой построены городские канализационные сети, является древовидная. Из этого, в частности, вытекает, что от любой точки образования сточной воды ее транспортирование к конечному пунету (очистной станции, выпуску) возможно лишь по единственному пути - строго определенной последовательности участков и сооружений сети. Это объясняется основной особенностью точек ветвления транспортных магистралей древовидной структуры: каждая из них лишь собирает воду, т.е. суммирует потоки от двух или более смежных вышележащих транспортных магистралей (каналов, коллекторов) и направляет стоки лишь по одному направлению В1шз по течению. Физически очевидно, что говорить о каком-либо перераспределении потоков сточных вод в таких, строго древовидных сетях, бессмысленно. Поэтому для крупных городов уже на стадии проектирования генеральной схемы канализации целесообразно предусматривать возможность перераспределения (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 сйысл и сводится к выбору одного варианта из многих в соответствии с принятым критерием управлений.

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

Как правило, канализационные сети крупных городов построены по напорно-самотечному принципу. Это означает ,что по каналам й коллекторам сточная вода движется Под действием гравитационных сил (самотеком), а в местах, где по условиям рельефа местности самотек невозможен, расположены канализационные насосные станции (КЙС), поднимающие вйду н4 необходимую ёысоту. 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 элекгроЭнергий, 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 насосным станциям, экономически оправданным представляется оценивать функционирование системы затратами электроэнергии (или их денежным эквивалентом) в процессе транспортировки 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.2.1.

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 бьгть 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 (вершины 1-6). 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

14. . г-. • -

выпуска неочищенной сточной воды (водовыпуск, аварийный сброс) - окружностью, заключенной в квадрат (17). Проведение сточной воды через любую активную вершину сопровождается либо затратами электроэнергии (насосные станции), либо расходованием электроэнергии и реагентов в процессе обработки воды (станции аэрации), а также другими затратами, связанными с эксплуатацией этих элементов СВКГ. Если считать соотношение между тарифами на электроэнергию и ценами на реагенты неизменными, то можно трактовать стоимость обработки воды на станциях аэрации как эквивалентные затраты электроэнергии. Такой подход вносит единообразие в представление о качестве функционирования системы и дает возможность вести управление ею по обобщенному энергетическому (или экономическому) критерию.

Формирование математической модели для графа рис. 2.1 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.

Допустим, что на вход 1 системы поступает известный расход воды 0]. Этот расход может быть отведен от входа 1 по двум путям (маршрутам): часть Ч, - через последовательность сооружений {1-7-11-10-12-16}, а оставшуюся часть Ч, -через {1-7-8-8'-13-15}. Рассуждая аналогично для всех шести входов, можно убедиться, что существует р = 9 различных возможных путей транспортировки сточных вод от входов к выходам сети. Эти пути (маршруты) проходят через следующие сооружения:

1 - {1-7-11-10-12-16}; 2 - {1-7-8-843-15}; 3 - {2-8-843-15}; 4 - {3-84315}; 5 - {4-13-15};6 - {5-9-10-12-16}; 7 - {5-9-14-17}; 8 - {6-10-12-16}; 9- {6-1417}.

Обозначим через С, расход сточных вод через 3 -е сооружение, включая входы j = 1,2...п .

Заметим, что численные значения расходов по маршрутам Ч_ (1=1, 2...р)

неизвестны, однако их связь с расходами воды на входах сети 0!, () = 1,2. ..к), - для • графа рис. 2.1 к = 6 , очевидна:

Ч, + Ч, = О,; Ч, = Р2; Ч4 = Ч, = <3/, % + Ч7 = с},; % + Ч, = <},.

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

2Ч,=(2(, а = 1,2..к), (2.1)

где суммирование производится по всем маршрутам, начинающимся с входаой *

вершины 0 = 1,2...к).

Уравнения (2.1), таким образом, физически отражают требования, что вся сточная вода, поступающая на входы сети, должна быть отведена от них.

Каждое j -е сооружение сети обладает определенной пропускной

способностью С, - некоторой конируктивной константой, ограничивающей расход воды через это сооружение. Из рис. 2.1 видно, например, что через участок (сооружение) 7 проходят возможные пути транспортировки сточных вод Ч, и Ч2 . Ясно, что в сумме эти путевые расходы, какими бы они ни были, не должны превышать пропускной способности сооружения 7. Рассуждая так же относительно всех пассивных сооружений рассматриваемой сети, можно сформулировать следующие уравнения-ограничения:

ч, + Ч2 ^ С ; + % <. С ; Я, + + Сг; + а < С • а + а + Ч < С Аналогично, - для всех активных сооружений сети: а < С а + а + а < С а + а + о + а < С а + а < С • а +

Л 11» 12' Ъ 4 ц> - 14»

В общем виде уравнения ограничений можно записать:

1=(к+1)...п, (2.2)

где п - количество сооружений, включая входы.

Система ограничений (2.2) запрещает транспортировать через любое сооружение расход, превышающий его пропускную способность.

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

0 = 1,2...р). (2.3)

Подсчитаем теперь затраты электроэнергии (или стоимостные) всеми активными сооружениями в процессе транспортировки сточной воды к выходам (через станции аэрации или выпуски без очистки). Общие затраты - есть сумма затрат в каждом активном сооружении. Допустим, что затраты 3 -го сооружения на проведение через него единицы объема сточной воды (удельные затраты) - есть

величина постоянная, равная ^ Если через сооружение 11 , например,

транспортируется поток, равный Ч,, то затраты при этом составят Ь , где Ь) - удельные затраты 11 .-го сооружения. Аналогично для сооружения 12 : расход-(1, + Ч6 + Ч8) , затраты - ^(Ч, + Ч4 + Ч8) . Суммируя подобные выражения для всех активных сооружений сети и полагая, что за рассматриваемое время все

путевые расходы остаются постоянными, для общих затрат (Е) получим: Е= ьа + Ь«(Ч, + % + Ч.) + Ьи(Ч: + + %+ %) + + Ь„(Я, + Ч,) + + + Ч4+ Ч,) +

+Ь,ДС'1 + Ч6 + Ч5)+ Ь,(Я?+ я,). (2.4)

Или, группируя подобные члены относительно расходов по путям транспортирования воды, имеем:

Е = (Ь + Ь + Ьб)Ч, +(Ь+ Ъ^ +(Ь + Ьн)Ч)+

+(ь,.+ Ь„)Ч4+(Ь1,+ Ь15)Я,+ (Ьи+ Ь15)Я5+

+ (Ь + Ьг)Ч,+(Ьц+ Ь<)Ч,+ (Ьн+ (2.5)

Из (2.5) видно, что суммарные затраты есть линейная функция от путевых расходов воды ^ . Коэффициенты при Я, - сумма удельных затрат всех активных

сооружений, через которые проходит 1 -й путь (Eb.ii = 13 ) Следовательно, эти

J

коэффициенты могут трактоваться как удельные путевые затраты. Уравнение (2.5) можно представить в общем виде:

Е = 2Вд. (2.6)

При выбранной нумерации сооружений сети и путей транспортировки сточных вод, система выражений (2.1) - (2.6) является математической моделью рассматриваемой части канализационной сети.

Задача управления сетью теперь может быть сформулирована так: при заданных расходах сточной воды на входах Q1... для графа рис. 2.1. необходимо найти значения = 1, 2...р) , удовлетворяющие соотношениям (2.1) - (2.3) и минимизирующие целевую функцию - выражение (2.6). При известных расход воды через каждое] -е сооружение определяется путем суммирования расходов

по всем путям, проходящим через это сооружение. Нетрудно заметить, что в такой постановке это - задача линейного программирования (ЗЛП), решение которой не вызывает принципиальных трудностей и может быть осуществлено на ЭВМ по стандартным программам.

Если сочетание расходов воды на входах сети изменилось, то изменится и результат решения задачи линейного программирования, т.е. будут другими значения . Однако из самой постановки задачи физически предсказуема существенная особенность ее решения: максимально загруженными в любом случае окажутся наиболее "дешевые" пути транспортировки сточных вод.

Конструктивно на канализационной сети крупного города всегда предусмотрены сооружения (аварийные водовыпуски, ливнеспуски), через которые в случае необходимости сточная вода сбрасывается из системы без очистки (на рис. 2.1- это вершина 17). Такие ситуации крайне нежелательны, однако полностью их исключить не удается. Учитывая основное свойство оптимального решения задачи линейного программирования, надо постараться сделать так, чтобы удельные затраты по всем путям, проходящим через аварийные водовыпуски, 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,

Рис.2.1. Граф части системы водоотведения С.-Петербурга

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.

О Входы и пассивные

сооружения ^ Насосные станции (включая фиктивные) Сбросы сточных вод без очистки

[~1 Очистные

станции

Рис.2.2. Расширенный граф части системы водоотведения С.-Петербурга.

На рис. 2.2 приведен вариант расширенного графа части системы водоотведения 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.

Таблица 2.1

Инцвденции "сооружение-маршрут" для графа рис. 2.1

1 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 1 1

2 1

3 1

4 1

5 1 1

6 1 1

7 1 1

8 1 1

8' 1 1 1

9 1 1

10 1 1 1

11 1

12 1 1 1

13 1 1 1 1

14 1 1

15 1 1 1 1

16 1 1 1

17 1 1

¡ = 1-6- входы; з = 7-10 - пассивные сооружения; ] = 11-17 - активные сооружения.

20

m--

CCA

m

m

воис

(13)

гтс

(12)

ЦСА У

Гзт

(28

<Щ)>

НС-6

КРСА ЮЗОС

О; Входы и пассивные

сооружения

?. (еклю чая, фиктивные}

Сбросы сточных вод ' без очистки (аварийные) Р1 Очжгрн£юлстаними.

Рис,2.3. Планируемый граф системы водоотводения С. -Петербурга.

При составлении математической модели структуру СВКГ можно описать таблицей инциденций "сооружение-маршрут", содержащей п строк, где п -количество сооружений системы водоотведения и р столбцов - число возможных маршрутов транспортировки сточных вод, или матрицей А размером пхр . Для графа рис.2.1 имеем п = 18, р = 9. Для графа рис. 2.2 , п = 32 и р = 35. Таблица заполняется следующим образом: на пересечении 1 -й строки и j -го столбца ставится 1 , если ] -е сооружение входит в 1 -й маршрут; в противном случае соответствующая клетка таблицы остается незаполненной. Инциденции "сооружение-маршрут" для графа рис. 2.1 приведены в табл. 2.1.

Матрицу А можно представить в виде двух подматриц А1 и А2 , где подматрица А, соответствует входным, а Аг - остальным вершинам графа. Если канализационная сеть имеет к входов, то размер матрицы А1 будет кхр , а матрицы А„ - (п-к)хр .

Введем также в рассмотрение матрицу-строку расходов воды по входам:

С2 = (2-7)

и матрицу-строку пропускных способностей сооружений:

с = |с .....С I. (2.8)

I и - к о 1 ^

Если рассматривать сочетание расходов сточной воды по путям ^ как элементы некоторой матрицы строки

(2-9)

то математическая модель канализационной сети может быть записана в компактном матричном виде:

А1-с1т = дт; (2.10)

Аг-Чт*Ст; (2.11)

с],кО; (1= 1,2,... р), 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 транспортировки сточных вод:

В = |В,....ВР|, (2.12)

причем

=ш13Ьш; 0^<р), (2.13)

т.е. удельная "стоимость" Б -го пути есть сумма удельных затрат всех ш активных

22

ооружениЙ, через которые этот путь проходит.

Тогда целевая функция Е с учетом (2.9) записывается в виде:

E=BqT, (2.14)

: математическая задача нахождения оптимального потокораспределения юрмулируется следующим образом: при заданных матрицах А (а значит, А, и ), С и В определить матрицу q при условии Е -> min.

Граф системы водоотведения С-Петербурга, с учетом переключений между бассейнами канализования, приведен на рис. 2.3, В этом случае количество ооружений и число возможных маршрутов транспортирования составят: п= 47 ; )= 54 .Таким образом, предложенная математическая модель и методология ее [спальзования дают возможность оперативно управлять СВКГ по критерию «шимума эксплуатационных затрат [18]. При этом автоматически выполняется 'словие минимизации сброса неочищенных сточных вод, поскольку пути таких ;бросов наиболее "дорогие", а алгоритм предусматривает загрузку "дорогих" маршрутов лишь в крайних случаях и в минимальных объемах. Чем больше на ;ети каналов-связок и КНС, качающих воду по разным направлениям, тем большей управляемостью характеризуется объект.

Практический интерес представляет также возможность выявления теобходимых изменений в существующей структуре сети, чтобы добиться (Оучшения ее функционирования, или рассмотрения различных вариантов на стадии проектирования.

3. ОСОБЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И РАСЧЕТ А ВОДООТВОДЯЩИХ СЕТЕЙ 3 .1. Некоторые закономерности безнапорного течения жидкости в трубах

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 крутого сечения при различной степени заполнения «=h/D представляет большой практический интерес.

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 первостепенную роль играют граничные условия на свободной поверхности, которые резко

23

отличаются от условий на стенках. Эта условия влияют на распределение скоросте£ и касательных напряжений. Как в потоке, так и на его стенках.

Использование основного уравнения равномерного движения

т^Р^/Х^РеМ, (3.1)

позволяющее подсчитать среднее касательное напряжение т0 на стенках поток (по смоченному периметру % ), служит единственным источником информации с 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 истока при полном заполнении трубы.

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

Рассматривая перенос количества движения в вертикальном направлении (по оси Ъ ) и выражая напряжения тг по Прандгяю через мгновенные величины скоростей в в^ргикальшм (£) и продольном (X) направления^ тг=-ри1и1 , в результате осреднения по времени с учетом пульт^нньк ^стаатяющих (и^; ) получаем:

. (3-2)

Предсгаатяя касательные напряжения за, сч:ет пул^садартрга переноса через коэффищ1ент турбулецтногр переммшеаащга Ц, :

ф/ЛтЩ, (3,3.}

из уравнения (3.2), следует, что градиент скорости^ на ^во.бодцой поверхности возникает за счет образования вторичного течения 9. состаат^яюгщдаи скоростей

иг и и у , где и^ - осред^енные мгновенные величины скоростей в горизонтально]^ поперечном управлении,

Таким образом^ вследствие неравномерного распределения, касательных напряжений на стенках потока, торможение движущейся жидкости происходит также неравномерно в частях сечения, примыкающих к участкам периметра 9 разными граничными условиями. Вторичные течения, направлены всегда цз зоны с ■ наибольшими скоро9тями, в пристеночное 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 (рис. 3.1), которые всегда наблюдаются на свободной поверхности потока в трубе в виде ряби без затухания и особенно рельефно видны при наполнении трубы примерно 0,80.

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 цотока при наполнениях трубы больше 0,30 меньше рассчитанных по формуле Шези через гадравлический радиус. Многочисленные опытные данные Скобея(х), Вилкоксаф), ЛИСЙ(0), Козени(У), Козина В.Н.(Д) и других авторов не подтверждают зависимость 0>/Рп или \'/\п =Р(Ь/0), полученную по формуле Шези (график "рыбка")

(рис. 3.2), 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 Рдоп можно считать пропорциональной относительной площади центрального сектора 1-0-2 (рис. 3.3) потока, замыкающегося на ширину В свободной поверхности, у. е.

(3.4)

ДОЯ СТ С.П <Т 4 '

где Рст - сила касательных напряжений вдоль смоченного периметра трубы; <ост = © , со - площадь живого сечения потока; сост - площадь сектора 1-0-2 (рис. 3.3).

л/о 0.8

0,6

0,4

0,2 V

о

Рис. 3.2. Сравнение результатов исследований пропускной способности трубопровог при разной степени наполнения (1, 2 - по данным экспериментов; 3, 4 - по формуле Шезн)

Рис. 3.3. Схема распределения касательных напряжений по периметру безнапорного потока в трубе

НУ \

1 \ \ .1.

щ С у ■ /

1 У /

ВЙ г \ 3 Я

Г \ я/ / Ч" 4

* в Тт

& >А и

9

0,2 0,4 0,6 0,8 УВ »/щ

Из уравнения равномерного движения

№со1 = + = т^ (1 + «,>„) (3.5)

и, имея в виду, что <о = <ост (1 + ю^Лв^), получаем при а > 0,6 независимость гидравлического радиуса Ист = юст/хсг = 0/4 и, следовательно, касательных напряжений от степени наполнения трубы. Выражая касательные напряжения 1ст при полном наполнении трубы через среднюю скорость

!"ст = /МЛ'л '' 8§ = Я?!)1' 2. (3.6)

получаем при наполнениях а £ 0,6 уклон трения

; Уп

О • 2г (3.7)

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 4а/ц и может быть принята по экспериментальным данным. Предлагаемые значения скоростей и расходов при различной степени наполнения труб и величины их максимальных отклонений от значений, вычисленных по формуле Шези, приведены втабл. 3.1.

Таблица 3,1

Предлагаемые значения V 1\'я; СУС^ и 01Гр'0 при различном наполнении в крутлых трубах

0Д 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95

D/D r-пр 0,25 0,482 0,68 0,78 0,88 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

V /V, 0,33 0,56 0,74 0,84 0,92 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Q/Q. 0,017 0,08 0,185 0,31 0,46 0,63 0,75 0,86 0,95 0,98

Sv = öQ, % 0 0 3 7 8 8 13 16 14 10

Здесь Öinp=4Rii[i - приведенный гидравлический диаметр или гидравлический радиус, через который можно определять среднюю скорость по формулам Дарси или Шези; Sv и 6Q - максимальные отклонения средних скоростей или расходов, вычисленных по приведённым рекомендациям и по формуле Шези через гидравлический радиус.

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

Q/Q„=1.34(h/D)-0,22 . (3.8)

При заполнении h/D =1,0 можно принимать расход Qn , вычисленный для напорного потока при заданном уклоне, что позволяет использовать универсальные

методы расчета напорных и безнапорных трубопроводов [19,20].

3.2. Неравномерное безнапорное установившееся движение воды в трубах

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

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

Основное уравнение неравномерного движения имеет вид

. . dh dv! .

^•"dTir"'- (3"9)

где I - уклон свободной поверхности потока; ifl - уклон дна коллектора; i( - уклон трения.

Уклон трения при плавно изменяющемся и безотрывном движении обычно выражают теми же зависимостями, что и в случае равномерного движения. Выразим

его через модуль расхода К, т.е. if=Q3/KJ .

Уравнение (3.9) в результате преобразований запишем в виде

л, bQ2B/gaj

"/=-;——dh И in\

i0-Q /К2

или для водоводов диаметром D, проложенных с положительным уклоном i0 > 0

Здесь а = h/D - степень заполнения коллектора; К, = К/Кп = f(а) -относительный модуль расхода при степени заполнения а ,

- модуль расхода при полном заполнении

коллектора диаметром D.; Fr = QJB/go3 - число Фруда; Q, = Q/Q„, Qn - расход при полном заполнении трубы с уклоном I i{ |.

Разбивая заданный поток по длине на ряд участков и определяя средние значения К, и <о7В в пределах рассматриваемого участка, можно вычислить по формуле (3.11) расстояние между сечениями 1-1 и 2-2, глубины в которых соответственно равны h, и h2, 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 [19] возможным принять:

при а < 0,8 К;= 1,74 й3, при а >0,8 К, = 1; (3.12)

при д<0,9 ю3/В = 0,95 Б3л*. (3.13)

В таком случае в результате интегрирования уравнения (3.11) получаем:

и

0 ы, а, 6 т

'ЖГС'8'Ж

1+П. + П? (1-г7г)! —5=—arctg—1=—1+——1

л/3 ) 3а>

1п

(3.14)

а\ 1-п?

<

Здесь т, = Мг0, Д^Ь/О, дс = Ь0Ю.

Полученные решения позволяют объяснить тот факт, что истечение из трубопровода в атмосферу почти всегда происходит при неполном наполнении трубы (рис. 3.4).

____

Рис. 3.4. Схема напорно-безнапорного истечения из трубопровода 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 дк < 1,0 , хотя участок неполного наполнения может быть очень коротким.

Вычисления по формуле (3.14) показали, что при безнапорном неравномерном движении с перепадом можно обеспечить пропуск по трубопроводу расходов, превышающих расходы равномерного движения при полном наполнении (рис. 3.5). Например, по трубопроводу диаметром О = 1,0 м, длиной 1 = 105 м и Хп = 0,02, проложенному с уклоном ¿е = 0,0025 , можно пропустить расход на 20% больше, чем при полном заполнении при равномерном движении. При этом наполнение в начале будет полное, а в конце а = 0,7 . Если трубопровод будет проложен с

29

уклоном ¡0 = 0,0006, еш наполнение в конце при пропуске (¿/()а = 1,2 и /=683 составит а = 0.5 .

к

Если длина трубопровода будет меньше указанной, то наполнени в нача: его не будет полным. Все это приводит к выводу о возможности увеличен! пропускной способности трубопровода по сравнению с расходом равномерно] движения за счет обеспечения кривой спада по его длине, а, следовательно, и уменьшению расчетных диаметров для пропуска заданных расходов.

Рис. 3.5. График для определения при свободном истечении и полном ее

заполнении в начале

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

Эти особенности необходимо учитывать при управлении потокораспределением в СВКГ.

4. ЗАГРЯЗНЕННОСТЬ СТОЧНЫХ ВОДИ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ НОРМАТИВЫ

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, в соответствии с нормой водоотведения, хотя при поступлении в городскую канализацию производственных сточных вод концентрация может отличаться от нормативно-расчетной и требует проверки.

В то же время в общесплавных сетях их величины изменяются в более широких пределах и выявление их численных значений является весьма актуальным. В том числе эти данные необходимы для внесения в программу управления потокораспределением в СВКГ.

Значительные изменения концентраций загрязнений в сточных водах в общесплавных сетях наблюдаются во время дождей и в период снеготаяния.

Результаты исследований по загрязненности сточных вод и соотношениям суточных и среднечасовых расходов, поступающих на КОС по общесплавным коллекторам системы водоотведения С. -Петербурга [25], приведены в табл. 4.1, 4.2 и 4.3.

Оценка воздействия сточных вод, поступающих в водоемы из СВКГ, на и: состояние должны проводиться с учетом не только гигиенических I рыбохозяйственных, но и экологических нормативов.

Таблица 4.1

Концентрация загрязнений в сухую погоду ___

Концентрация загрязнений, мг/д

Показатель по данным расчетно-

загрязнений измерений нормативная при

qra=420 л/сут

на 1 жителя

Взвешенные вещества 151-158 155

ХПК 281-312 261-286

БПК холк 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

Таблица 4.2

Соотношения С^ /С^* в период прохождения дождевого

............и талого стока ............... ....... ................ ............

Показатель загрязнений Значения С /С при О /О *

1.2 _______1,4........ 1.6. . -.......1.8..... . 2______

Взвешенные вещества 1,4 2 2,5 3 3,5

БПК10Ш,ХПК,Бтс, 0,9 1 1,1 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..

* С^ и С - концентрация загрязнений в смеси всех видов стоков й в стоке в сухую погоду, осредненные за время поступления стока с расходом <Зсум; О^м и <5сух ~ среднечасовые расходы тех же вод за тот же период времени.

Таблица 4.3.

Соотношение относительных суммарных суточных и среднечасовых расходов сточных вод, поступающих в аэротенки

(О /О ) в период притока вод

дождевых талых

1,1 1,25 1,18

1,2 1,5 1,32

1,3 1,75 1,44

1,4 2 1,56

1,5 2,2 1,68

1,6 2,35 1,8

1,7 2,5 1,9

1,8 2,7 2

1,9 - 2,05

Экологические нормативы при сбросе сточных вод в водоемы отличаются от санитарно-гигиенических и рыбохозяйственных ПДК. Цель 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 эвтрофирование при концентрациях в несколько раз меньших ПДК и требованиях ГОСТа на питьевую воду, что приводит к вторичным загрязнениям и ухудшению качества воды по мутности, цветности, ВПК и др.

Главным фактором, регулирующим развитие процесса эвтрофирования, является фосфор, который является труднодоступным элементом питания в естественных условиях. Основным источником биогенного фосфора являются, как правило, сточные воды.

Степень или уровень трофности водоема - приемника сточных вод, определяется степенью сбалансированности процессов фотосинтеза органического вещества водорослей Ф и процессов его деструкции Д , т.е. соотношением Ф < Д , или Ф > Д .

В дистрофных системах Ф/Д < 1, олиготрофных - Ф/Д = 1, эвтрофных -Ф/Д>1. '

В исследованиях, выполненных применительно к Невской Губе (Цветко] Л.И., Копина Г.И., Неверова Е.В. и др.) была установлена тесная корреляционш связь между водородным показателем рН, степенью насыщения воды кислородс и уровнем трофности по интегральному показателю, за который был принят рН - водородный показатель при 100 % насыщении воды кислородом.

При рНда < 5,7 ± 0,3 - дистрофное состояние водоема;

-"- = 6,3 ± 0,3 - ультраодиготрофное -"- -"- ;

-"- = 7,0 ± 0,3 - олиготрофное -"- -"- ;

-"- = 7,7 ± 0,3 - мезотрофное -"- -"- ;

-"- £ 8,3 ± 0,3 - эвтрофное -"- -"- .

Нормативное (критическое) значение рНш , с учетом доверительно! интервала граничного значения мезотрофного состояния, рекомендуется принима! равным 7,85.

Связь между рН1М и водородным показателем при другом насыщении вод кислородом рНс , описывается уравнением:

рН100=рНс+я(ЮО-С) , (4.]

где С - концентрация кислорода в воде в % от полного насыщения;

а - коэффициент пропорциональности, для Невской Губы равный 0,013.

Корреляционный анализ гидрохимических и гидрологических данных п Невской Губе выявил тесную связь между интегральным показателем рН1М и ряда абиотических факторов, которая может быть представлена уравнением вида:

У=в0+а1-х,+в1-х,+... +о.-х, (4.2

где у - интегральный показатель;

х,, хг,..., хп - приоритетные абиотические факторы;

а0, а,,... , Дп - коэффициенты уравнения регрессии.

Параметры линейного уравнения множественной корреляции был: рассчитаны на ЭВМ на основе банка натурных данных.

Теснота связи интегрального показателя (функции у ) и каждой гидрологического и гидрохимического показателя (аргумента х - абиотически факторов) оценивалась последовательно коэффициентами парной корреляции:

п|х;-(|х.)! ■ п|уг-(|у.)

(4.з;

Оценка достоверности коэффициентов уравнения регрессии проводилась п< критерию Стьюдента.

С учетом граничного мезотрофного состояния водоема при рН1да= 7,85. численные значения факторов или ЭДК веществ х, , влияющих на трофность водоема, можно определить по уравнению:

или

1

X =—

' а

Предложенный подход [12] позволил определить экологически допустимые концентрации (ЦК) минерального азота, фосфора и некоторых других ингредиентов в очищенных сточных водах и допустимые сбросы (ДС) этих веществ через выпуски КОС С.-Петербурга. Причем, ДК и ДС получились разными для отдельных выпусков сточных вод после КОС с учетом гидрологических характеристик (глубины, скорости течения и др.) в местах выпусков.

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

Как показали расчеты по приведенной методике, наиболее неблагоприятная обстановка, например, по ДС минерального фосфора, может возникнуть на выпусках сточных вод Петродворцовой и Юго-Западной станций аэрации С,- Петербурга.

5. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ О СОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ СВКГ

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

Прежде всего необходима система мониторинга расходов сточных вод, поступающих от различных бассейнов канализоваштя в общую СВКГ. Это требует установки датчиков, системы обработки и передачи информации и др. [ 1,2] .По заказу ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" и с его участием были разработаны ультразвуковые расходомеры, основанные на измерении гаубины (уровня) воды в канализационных коллекторах. Использование в них принципов, изложенных в третьем разделе ("Особенности гидравлических характеристик и расчета водоотводящих сетей"), позволяют использовать более простые алгоритмы обработки информации, считываемой с датчиков, и обеспечивают более высокую точность измерения расходов. .

Кроме того СВКГ должны бьгть 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 Ген. схеме канализации будут предусмотрены узлы переключения между всеми бассейнами канализования, замыкающимися на все станции аэрации города.

Оборудование всех Н.С. новыми насосными агрегатами [6,28,29,30,31] . программируемыми контроллерами и частотными преобразователями позволяет по данным исследований, выполненных на ГКНС, снизить расход электроэнергии на 10-15 %. С учетом выбора наиболее рационального маршрута транспортировки стоков эта экономия может увеличиться еще на 5-7 %.

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 канализования объединены в единый производственный комплекс и являются самостоятельной организационной структурой. В Центральном подчинении "Водоканала" будет находиться диспетчерская служба, дающая рекомендации бассейновым службам или принимающая на себя функции по потокораспределению при пиковых расходах, исходя из минимизации затрат по всей СВКГ.

Управление потокораспределением между бассейнами канализования 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 та других.

Управление СВКГ, в соответствии с изложенными во втором разделе положениями, можёт •осущёствлкться в автоматическом режиме ,- при соответствующем оснащении системы водоотведения Датчиками й запорно-регулирующими устройствами. -На первых Этапах Управления СВКГ возможно использовать технологические карты Управлетшя, в которых будут даны рекомендации операторам ЙС, узлов переключения 'и др. , полученные !'иа основе заранее выполненных -расчетов 'прй наиболее распространенных пиковых посту плениях сточных вод в характерных точках СВКГ. , , , :

Бассейновый 'принцип деления на части СВКГ позволяет перейти на акционирование элементов СЙКГ !и добиться более вь1Соких. показателей в современных экономическйх 'условиях. Проводимая ГУП "Водоканал . Санкт-Петербурга", в соответствий с изложенными принципами, организационно-

структурная перестройка эксплуатации системы водоотведения С.- Петербурга позволяет только за счет сокращения численности обслуживающего персонала и управленческих расходов ежегодно экономить 19,5 млрд. рублей (в ценах 1997года).

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 могут оказаться свои приоритетные направления для инвестиций.

Анализ экономических показателей природопользования ГУП "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 1996 г приведена в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Стоимость загрязнения окружающей природной среды от объектов ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" за 1996 г.

Среда Загрязнение

нормативное сверхнормативное

млрд.руб % млрд. руб %

водная 5,22 3,98 124,12 85

воздух 0,0232 0,02 - ' -

почва - - 16.24 И

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

Сточные воды, отводимые через "прямые" общесплавные и бытовые выпуски - 34,5 °/о;

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%. '

Распределение стоимости сверхнормативного загрязнения водной среды по видам загрязняющих веществ приведено в табл. 5.2.

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, ш экологию водоемов. Поэтому дальнейшее развитие направления экологической нормирования, изложенного в четвертом разделе, и использование получении результатов для определения ДС по каждому выпуску позволят более обоснование регулировать потоюраспределение в СВКГ, выявлять аварийные и другие выпуски наносящие наибольший экологический ущерб водоемам.

Таблица 5.2

Загрязняющие Стоимость Загрязняющие Стоимость

вещества млрд.руб % вещества млрд.руб %

Взвешенные вещества 29,0 23 Марганец 12,2 10

Алюминий 23,8 19 бпк5 7,0 5

Нефтепродукты 7,0 б Железо 5,8 5

Азот и фосфор 18,0 15 Ртуть 1.7 1

Медь 5,8 5 Фенолы 4.1 4

Цинк 9,3 7 Прочие 0.6 0.5

В диссертационной работе не рассмотрены непосредственно вопрось эффективности СВКГ, связанные с качеством очистки сточных вод на КОС. Нг действующих в С. -Петербурге КОС применена одна и та же технология очисти стоков и достигаются практически одинаковые показатели качества очистки. В тс же время показатели себестоимости очистки разные и это учитывается в алгоритм* управления потокораспределением при поиске наиболее дешевых путей отведение сточных вод. Вопросы эффективности КОС, включая обработку и утилизации осадков, можно рассматривать как самостоятельную задачу в рамках общей направления повышения эффективности СВКГ.

В дальнейшем, при экологическом нормировании и дифференцированно?, учете воздействия на окружающую среду отдельных выпусков, возможност^ обоснованной оценки ущерба и его компенсации в денежном выражении, должнь уточняться показатели стоимости транспортировки сточных вод через активны сооружения (КОС, НС, выпуски и др.). Однако это не влияет на предлагаемы принципы и подходы к управлению СВКГ.

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

Общая организация управления СВКГ с учетом всех основных внешних

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. 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".

Наиболее ощутимых результатов с учетом финансовых возможностей и потребных инвестиций можно достигнуть при планировании и реализации поэтапного повышения эффективности СВКГ.

Опираясь на накопленный опыт в системе Водоканала С.-Петербурга и других городов, можно выделить следующие основные этапы:

Реорганизация структуры Водоканала;

Совершенствование организации эксплуатации и Управления СВКГ;

Изучение и использование новых технологий, техники, методов 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.

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 исроки реализации этапов для каждой СВКГ будут свои с учетом внутренних и внешних факторов и могут меняться при изменении условий.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе системного анализа и метода экспертных оценок выделен] основные группы факторов, влияющих на эффективность СВКГ, определенуровен их значимости, что является основой для выбора стратегии развития иуправлени СВКГ.

2. Сформулированы принципы структурного построения систем] водоотведения, разработана математическая модель СВКГ, дано ее графическо представление на примере С, - Петербурга.

3. Предложено управление СВКГ при оптимальном потокораспределени: по критерию минимума затрат, позволяющее учитывать не только фактически затраты, но и затраты по компенсации экологического ущерба при эксплуатаци СВКГ.

4. Разработанная математическая модель и алгоритм управления СВЮ позволяют вести поиск наиболее рациональных вариантов реконструкции ) расширения СВКГ на стадии проектирования.

5. Даны теоретические обоснования,хорошо согласующиеся с результатам] экспериментальных исследований, по определению пропускной способности 1 средних скоро стей течения сточных вод в самотечных трубопроводах, позволяют» повысить точность определения расходов и упростить управление СВКГ.

6. Получены зависимости, позволяющие определить увеличение пропускно! способности самотечных трубопроводов на концевых участках при уклона) меньших критических.

7. Выявлена динамика изменения расходов и концентраций загрязнений п< основным ингредиентам в сточных водах в общесплавных коллекторах в сухук погоду , во время дождей и снеготаяния, что позволяет планировать управление режимом водоотведения с учетом пропускной способности сооружений (элементе! СВКГ) и экологических факторов.

8. Получены экологически допустимые концентрации отдельны* ингредиентов при сбросе сточных вод в акваторию Невской Губы, базирующие« на интегральном показателе и фактических данных по качеству воды водоема.

9. Даны предложения по совершенствованию организационной структуры "Водоканала" с учетом внешних и внутренних факторов, намечены основные подходы к поэтапному повышению эффективности СВКГ.

10. Применительно к разработанным положениям по управлению СВКГ предложено и проходит апробацию организация эксплуатации канализацш С. - Петербурга по бассейновому принципу, при этом месячная экономия денежны; средств составляет около 1,625 млрд. руб. (в ценах 1997 г.).

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., Глущежова 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. Перспективы развития водопроводно-канализационного хозяйства Санкт-Петербурга и международное сотрудничество в решении актуальных проблем // Тезисы доклада на Стокгольмском симпозиуме по воде, 1993.

4. Кармазинов Ф.В. Канализация Санкт-Петербурга. Первоочередные мероприятия развития // Доклад на коллегии КУГХ мэрии Санкт-Петербур-га, 1993.

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

№ 5/6.

6. Кармазинов Ф.В., Игнатчик B.C., Варламов И.В. Создание модульной системы для комплектования и обслуживания насосных агрегатов // Материалы 51-й научной конференции СПбГАСУ СПб., 1994. С. 16-18.

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

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

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

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

\\.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.

12. Цветкова Л.И., Кармазинов Ф.В., Усанов Б.П. Нормативное обеспечение экологической безопасности водных систем С.-Петербурга Л Вестник межпарламентской ассамблеи. СПб., 1995. № 3(10). С. 145-147.

13. Кармазинов Ф.В., Гумен С.Г., Гоухберг М.С. Проблемы водопроводно-

канализационного хозяйства Петербурга и пути их решения // Материалы 3-гс международного симпозиума "Реконструкция Санкт-Петербург - 2005". 1995 4.4. С. 132-138.

14. Кармазинов Ф.В., ГуменС.Г., ГоухбергМ.С. Развитие С.-Петербурга и проблемь водопроводно-канализационного хозяйства // Материалы третьего съезда СП( Союза НИО "Концепция развития Санкг-Пегер-бурга". СПб., 1996. С. 84-87.

15. Кармазинов Ф.В., Гумен С.Г., Гоухберг М.С. Реализация генеральной схемь: канализации Санкт-Петербурга Л Тезисы докладов Международного научно-практического симпозиума "Финский залив". СПб., 1996.

16. Гумен С.Г., Кармазинов Ф.В., Медведев Г.П. Актуальные вопросы расчетг очистных сооружений общесплавной канализации Санкт-Петербурга И Тезиси докладов Международного научно-практического симпозиума "Финский залив" СПб., 1996.

17.Кармазинов Ф.В., АлексеевМ.И., Ламбас C.B., Шаповалов В. Т. О реализации i корректировке генеральной схемы канализации Санкт-Петербурга И Материаль 54-й научной конференции СПбГАСУ СПб., 1997.

18.АлексеевМ.И., Кармазинов Ф.В. Математическое моделирование и управленш системой водоотведения крупного города Л Известия ЖКА: Городское хозяйстве и экология. Водоснабжение и канализация. 1997. № 2. С. 8-19.

19. АлексеевМ.И., Кармазинов Ф.В., Курганов АМ. Гидравлический расчет сете! водоотведения. Ч. 1. Закономерности движения жидкости. СПб., СПбГАСХ 1997 121с.

20. АлексеевМ.И., Кармазинов Ф.В., Курганов АМ. Гидравлический расчет ceret водоотведения. Ч. 2. Расчетные таблицы. СПб., СПбГАСУ 1997. 365 с.

21. Курганов АМ., Кармазинов Ф.В., Алексеев ММ. Особенности равномерной безнапорного движения жидкости в канализационной сети // Материаль: международной научно-технической конференции "Актуальные проблемь коммунального водоснабжения и водоотведения". Кошалин, Польша, 1997.

22. Кармазинов Ф.В. Передовые технологии в водопрово дно-канал изационко.\ хозяйстве С.-Петербурга // Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 1 С. 2-3.

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

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

25. Кармазинов Ф.В. и др. Проеткирование очитсных сооружений юэмбинированно{ системы водоотведения У/ Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 4 С. 26-29.

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

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

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

9. Кармазинов Ф.В. и др. Станция перекачки сточной жидкости, ВНИИГПЭ, A.c. № 1763596,1992.

0. Кармазинов Ф.В. и др. Крепление рабочего колеса насоса. Патент РФ №2044165. 1995.

1. Кармазинов Ф.В. и др. Уплотнение рабочего колеса насоса. Патент РФ №2044928.1995.

Подписано к печати 16.01.98.Бум. офс. Ф. 60x84/16.

Усл. печ. л. 2,5. Тир. 80. Зак. 262 СПб. гос. архитектурно-строительный университет. 198005, С.Петербург, 2-я Красноармейская. 4. Ротапринт СПбГАСУ 198005, С.-Петербург, ул. Егорова, 5.