Статистическая методика определения расчетных расходов воды

Отмеченные недостатки методики КХШ явились предпосылкой для проведения теоретических работ по созданию другого метода определения расчетных расходов воды в институте МосводоканалНИИпроект (А.С. Вербицкий, А.Л. Лякмунд). Идея методики института МосводоканалНИИпроект (в дальнейшем - методика МВКНИИП) состоит в том, что изменение во времени измеренных на любом объекте расходов воды следует рассматривать как реализацию случайного процесса разбора воды потребителями, сформированного из множества включений различных приборов со случайными значениями расходов воды через каждый из них. При этом не делается никаких предположений о вероятностях включения тех или иных санитарно-технических приборов, о продолжительности включений, о функциях распределения расходов воды для каждого из приборов. Наблюдаемые (измеренные) расходы воды подвергаются обработке стандартными методами математической статистики и теории случайных процессов.

Суммарный случайный процесс водоразбора для одних суток (с потреблением воды, равным среднему суточному за год) в соответствии с теорией случайных процессов может быть представлен как простая сумма двух процессов - регулярного и случайного. Для первого из них (регулярного) основными характеристиками являются математическое ожидание и дисперсия часовых расходов воды. Оценкой этого, отличного от нуля, математического ожидания является средний за год часовой расход воды на объекте. Очевидно, что он легко определяется из данных экспериментальных измерений или вычисляется как произведение числа приборов или потребителей на нормативный средний за год удельный часовой расход для любого состава прибора или потребителей. Регулярная составляющая суммарного случайного процесса водоразбора является простым графиком средних расходов воды для каждого часа суток, для которого легко вычисляется и дисперсия величин средних часовых расходов воды для каждого часа суток.

Значения случайной составляющей суммарного процесса легко находятся, если из каждого значения часового расхода воды в любой час суток вычесть значение среднего для данного часа суток расхода воды. Математическое ожидание случайной составляющей суммарного процесса водоразбора получается равным нулю, а дисперсия этого процесса легко определяется по экспериментальным данным и обозначается (r - от слова random - случайный).

Если по данным о дисперсиях и математических ожиданиях указанных составляющих (регулярной и случайной) суммарного случайного процесса водоразбора найти функцию распределения случайных величин часовых расходов воды, то из этого распределения несложно будет найти те значения часовых расходов, которые будут соответствовать требованиям того или иного расчета параметров системы водоснабжения или канализации. Для этого необходимо дополнительно задать лишь значение обеспеченности искомого расхода воды - G (величина t при этом равна 1 ч, а Т = 8760 ч, т.е. 1 году). В методике МВКНИИП значение G принято равным 0,9997, т.е. расчетный максимальный часовой расход воды может быть превышен лишь в течение приблизительно 3 ч в году (0,0003 · 8760).

Для расчетов систем водопровода и канализации, кроме максимальных часовых расходов, могут потребоваться и расходы с другой продолжительностью t. При этом обработка данных экспериментов и теоретический анализ процесса водоразбора показывают, что функция распределения может быть построена для расходов любой продолжительности, а параметром такой функции является дисперсия , которую можно определить в зависимости от значений t и . Если дисперсия D^r найдена, то может быть определен и расчетный расход воды из ряда случайных расходов с продолжительностью t (для этого, как и ранее, требуется задать значения Т и G). В методике МВКНИИП (в таблицах расчетных расходов) принято, что G = 0,9997 для кратковременных расходов с t = 2 мин в течение часа максимального водоразбора. Это значит, что превышение расчетных расходов возможно в течение 6-7 мин в течение часа максимального водоразбора (это час, для которого в регулярной составляющей процесса определена наибольшая средняя величина расхода воды). При этом размерность кратковременных расходов определена как л/с, хотя на самом деле рассматриваются расходы с продолжительностью t = 2 мин. Следует отметить, что еще С.А. Курсин отмечал различие между размерностью расходов и их продолжительностью. Такие различия неизбежны, в частности, потому, что регистрация расходов воды с продолжительностью 1 с практически невозможна при существующих измерительных приборах (из-за их инерционности). В методике КХШ такие различия также присутствуют, но в скрытом виде.

Путь получения необходимых зависимостей изменения параметров функций распределения расходов воды различной продолжительности (математических ожиданий дисперсий составляющих случайного процесса водоразбора) методически прост и понятен - это стандартный статистический анализ данных измерений с регистрацией значений влияющих факторов, с выявлением, при необходимости, зависимостей параметров функций распределения от каждого из факторов. При этом следует иметь в виду, что общее влияние всех факторов, ранее не учтенных в методике МВКНИИП, составляет не более 10-15%, то есть не более 10-15% общей дисперсии случайных величин измеренных расходов воды оставалось вне зависимости от величин учтенных в модели факторов (N, Q _{ср ч}). Этот путь реально осуществим, что и отличает, в основном, методику МВКНИИП от методики КХШ.

В настоящее время в зданиях различного назначения, в квартирах жилых зданий установлено большое число счетчиков холодной и горячей воды. Эти счетчики зачастую имеют датчики электрических импульсов, частота которых пропорциональна расходам воды, имеется и большое число специальных регистраторов данных, которые позволяют весьма просто собирать и обрабатывать на ЭВМ фактические данные о водопотреблении на различных объектах по методике МВКНИИП.

Новая методика определения расчетных расходов стоков базируется на результатах исследований закономерностей формирования кратковременных расходов стоков в трубопроводах систем канализации зданий, проведенных А.Я. Добромысловым в 60-80-х годах XX века. В результате этих работ было установлено, что кратковременные расходы стоков являются функцией не только расходов воды через санитарно-технические приборы, которые подключены к соответствующему участку канализационной сети, но и компоновки этой сети, ее емкости. Главное отличие условий формирования расходов стоков состоит в том, что в этом случае не соблюдается условие неразрывности потока, которое действует в сетях водопровода. Например, при одновременном сбросе в один отводной трубопровод стоков от нескольких приборов, расположенных в разных секциях одного здания, в расчетном сечении сети эти расходы могут никогда не встретиться. При этом, чем длиннее отводной трубопровод (т.е. чем дальше один от другого расположены приборы), тем меньше вероятность наложения этих расходов.

Работы А.Я. Добромыслова показали, что подходы к определению расчетных расходов стоков для стояков и для отводных (горизонтальных) участков сети должны быть различны. При гидравлическом расчете стояков критерием расчета является недопущение срыва гидравлического затвора у любого из приборов, присоединенных к стояку. Поэтому для такого случая следует суммировать расчетный секундный расход воды и секундный расход стоков прибора с максимальным водоотведением, как правило - смывного бачка унитаза.

При расчете горизонтальных трубопроводов, обычно не работающих полным сечением (в этом случае не возникает опасности срыва гидравлических затворов), в качестве расчетных следует принимать сбросы воды с наибольшей продолжительностью - это, очевидно, расходы от приборов с наибольшей вместимостью (ванна объемом 140-180 л, время опорожнения 160-180 с).

Приведенное выше описание основных принципиальных положений двух различных методов определения расчетных расходов воды и стоков является кратким и упрощенным. Для глубокого понимания специфики, достоинств и неизбежных недостатков каждого из них, для разработки новых методик или совершенствования существующих требуется глубокое изучение теоретических основ этих методов.

Дата добавления: 2017-01-13