inbureИзвестия вузов. Инвестиции. Строительство. НедвижимостьIzvestiya vuzov. Investitsii. Stroitelstvo. Nedvizhimost2227-29172500-154XIrkutsk National Research Technical University10.21285/2227-2917-2023-2-359-368inbure-87Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. СТРОИТЕЛЬСТВОTECHNICAL SCIENCES. CONSTRUCTIONСовременное состояние, перспективы и пути развития систем водоснабжения и водоотведения, методы их расчета, построения и организации эксплуатацииCurrent state and prospects of water supply and sanitation systems, methods for their calculation, design, and operationhttps://orcid.org/0000-0001-5460-4780ЧупинВ. Р.ChupinV. R.

Чупин Виктор Романович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой городского строительства и хозяйства,

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Victor R. Chupin - Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Department of Urban Construction and Economy.

83 Lermontov St., Irkutsk 664074

chupinvr@istu.eduИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202309112023132359368Copyright © Чупин В.Р., 20232023Чупин В.Р.Chupin V.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inbure.elpub.ru/jour/article/view/87

В статье обсуждаются современные проблемы развития технологии формирования и организации функционирования систем водоснабжения и водоотведения, производится оценка достигнутых результатов, формируются цели и задачи дальнейших исследований. В связи с происходящими процессами Цифравизации и интеллектуализации социальных и технологических систем предлагается новая концепция построения и управления функционированием, развитием и консервацией систем водоснабжения и водоотведения населенных мест, городов и зданий. Эта концепция базируется на создании цифровых двойников всех элементов системы и ее подсистем, на управление ими в реально-виртуальном пространстве с использованием облачных технологий и специализированных программных комплексов. Для этих целей системы водоснабжения и водоотведения рассмотрены с позиции общих принципов организации, гидравлического расчета, формирования режимов эксплуатации, вероятностного характера отборов воды и поступления сточных вод, неопределенности в поведении и перспективных нагрузках сооружений, и с учетом других свойств, характерных для больших и сложных систем. В работе изложены основные задачи расчета и конструирования систем водоснабжения и водоотведения и кратко представлены методы их решения, которые реализованы в соответствующих программных комплексах, апробированных на практике и внедрены в реальный процесс проектирования, эксплуатации и консервации трубопроводных систем жилищно-коммунального хозяйства. Все оптимизационные модели основаны на критерии стоимости жизненного цикла систем водоснабжения и водоотведения.

The paper considers modern problems of developing a technology for managing water supply and sanitation systems. The main results achieved in this sphere are presented, and objectives for further research are outlined. Due to the ongoing processes of digitalization and intellectualization of social and technological systems, a new concept of design and operation management, development and conservation of water supply and sanitation systems of settlements, cities, and buildings is proposed. This concept is based on the creation of digital twins of all system and subsystem elements and their management in real and virtual space using cloud technologies and specific software systems. Forthese purposes, water supply and sanitation systems are considered from the perspective of general principles of organization, hydraulic calculation, formation of operation modes, the probabilistic nature of water withdrawals and wastewater inflows, uncertainty in the behavior and prospective loads of facilities, along with other characteristics typical of large and complex systems. The paper presents the main tasks for calculating and designing water supply and sanitation systems and briefly describes possible solutions, implemented in the relevant software packages, tested in practice in the actual process of designing, operating, and maintenance of piping systems of a housing and utilities infrastructure. All optimization models are based on the lifecycle cost criteria for water and sanitation systems.

системы водоснабжения и водоотведенияметоды моделирования и оптимизациипрограммная реализация и апробацияwater supply and sanitation systemsmodeling and optimization methodssoftware implementation and testingReferencesЧупин Р.В., Мелехов Е.С. Развитие теории и практики моделирования и оптимизации систем водоснабжения и водоотведения. Иркутск: Изд-во Иркутского государственного технического университета, 2011. 323 с. EDN: TOGMNF.Chupin R.V., Melekhov E.S. Development of theory and practice of modeling and optimization of water supply and sanitation systems. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University; 2011. 323 p. (In Russ.). EDN: TOGMNF.Чупин В.Р., Малевская М.Б. Выработка рекомендаций по минимизации последствий от аварийных ситуаций в системах водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 1994. № 4. С. 8–9.Chupin V.R., Malevskaya M.B. Development of recommendations to minimize the consequences of emergencies in water supply systems. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika = Water supply and sanitary technique. 1994;4:8-9. (In Russ.).Chupin R.V., Pham N.M., Chupin V.R. Pressureflow and Free-flow Discharge Modes in Closed-Loop Sewage Systems // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 262. P. 012079. https://doi.org/10.1088/1757-899X/262/1/012079.Chupin R.V., Pham N.M., Chupin V.R. Pressureflow and Free-flow Discharge Modes in Closed-Loop Sewage Systems. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017;262:012079. https://doi.org/10.1088/1757-899X/262/1/012079.Чупин Р.В. Оптимизация развивающихся систем водоотведения. Иркутск: Изд-во Иркутского государственного технического университета, 2015. 417 с. EDN: UOATQZ.Chupin R.V. Optimization of developing wastewater disposal systems. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University; 2015. 417 p. (In Russ.). EDN: UOATQZ.Чупин В.Р., Мелехов Е. С., Чупин Р.В. Развитие методики гидравлических расчетов систем водоотведения // Вода и экология: проблемы и решения. 2010. № 1. С. 3–11.Chupin V.R., Melehov E.S., Chupin R.V. The development of water disposal system hydraulic calculation technique. Voda i ekologiya: problemy i resheniya = Water and Ecology: Problems and Solutions. 2010;1:3-11. (In Russ.).Chupin R.V., Mayzel I.V., Chupin V.R. Trajectory of Sewerage System Development Optimization // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 2017. Vol. 262. P. 012080 https://doi.org/10.1088/1757-899X/262/1/012080.Chupin R.V., Mayzel I.V., Chupin V.R. Trajectory of Sewerage System Development Optimization. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017;262:012080. https://doi.org/10.1088/1757899X/262/1/012080.Чупин Р.В. Напорное – безнапорное движение стоков в системах водоотведения кольцевой структуры // MOTROL. 2014. Vol. 16. No. 5. P. 3–15.Chupin R.V. Pressure and without pressure motion of flows in sewage system with circular structure. MOTROL. 2014;16(5):3-15. (In Russ.).Чупин Р.В., Бобер А.А. Повышение надежности проектируемых и реконструируемых систем водоотведения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012. № 9 (68). С. 113–119. EDN: PDCFZT.Chupin R.V., Bober A.A. Increasing reliability of designed and reconstructed water disposal systems. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk state technical university. 2012;9:111-119. (In Russ.). EDN: PDCFZT.Chupin R.V., Pham N.M., Chupin V.R. Optimization of development schemes for group water supply systems under uncertainty of prospective water consumption // E3S Web of Conferences: Mathematical Models and Methods of the Analysis and Optimal Synthesis of the Developing Pipeline and Hydraulic Systems. 2019. Vol. 102. P. 03004. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910203004. EDN: VWEGVS.Chupin R.V., Pham N.M., Chupin V.R. Optimization of development schemes for group water supply systems under uncertainty of prospective water consumption. E3S Web of Conferences: Mathematical Models and Methods of the Analysis and Optimal Synthesis of the Developing Pipeline and Hydraulic Systems. 2019;102:03004. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910203004. EDN: VWEGVS.Chupin R.V., Pham N.M., Chupin V.R. Optimal reconstruction of water supply network under conditions of reduced water consumption // E3S Web of Conferences: Mathematical Models and Methods of the Analysis and Optimal Synthesis of the Developing Pipeline and Hydraulic Systems. 2019. Vol. 102. P. 03005. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910203005. EDN: ZVVDOU.Chupin R.V., Pham N.M., Chupin V.R. Optimal reconstruction of water supply network under conditions of reduced water consumption. E3S Web of Conferences: Mathematical Models and Methods of the Analysis and Optimal Synthesis of the Developing Pipeline and Hydraulic Systems. 019;102:03005. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910203005. EDN: ZVVDOU.Chupin R.V., Pham N.M., Chupin V.R. Optimization of the sewerage systems scheme of cities and populated areas // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 667. P. 012018. https://doi.org/10.1088/1757-899X/667/1/012018. EDN: RVXXLA.Chupin R.V., Pham N.M., Chupin V.R. Optimization of the sewerage systems scheme of cities and populated areas. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019;667:012018. https://doi.org/10.1088/1757-899X/667/1/012018. EDN: RVXXLA.Чупин Р.В., Мелехов Е.С. Повышение пропускной способности системы водоотведения поверхностного водостока // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2010. № 9. С. 42–48.Chupin R.V., Melekhov E.S. Increasing the throughput capacity of the surface drainage system. Vodoochistka. Vodopodgotovka. Vodosnabzhenie. 2010;9:42-48. (In Russ.).Чупин Р.В., Шишелова Т.И., Бобер А.А. Напорное – безнапорное движение стоков в системах водоотведения кольцевой структуры // Фундаментальные исследования. 2012. № 11-6. С. 1480– 1486.Chupin R.V., Shishelova T.I., Bober A.A. Thepressure – non-pressure movement of drains in ring systems of water removal. Fundamental'nye issledovaniya = Fundamental research. 2012;11-6:1480-1486. (In Russ.).Chupin R.V. Comprehensive optimization of water supply and sanitation // Science and Engineering. 2020. Vol. 880. P. 012050. https://doi.org/10.1088/1757-899X/880/1/012050.Chupin R.V. Comprehensive optimization of water supply and sanitation. Science and Engineering. 2020;880:012050. https://doi.org/10.1088/1757899X/880/1/012050.Chupin R.V., Melekhov E.S. Justification of the parameters of developing water supply and sanita-tion systems based on their electronic models // IOP Conference Series: Materials Science and Engi-neering. 2020. Vol. 880. P. 012050. https://doi.org/10.1088/1757-899X/880/1/012050.Chupin R.V., Melekhov E.S. Justification of the parameters of developing water supply and sanitation systems based on their electronic models. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;880:012050. https://doi.org/10.1088/1757899X/880/1/012050.Чупин Р.В., Мелехов Е.С. Развитие методики гидравлических расчетов систем дождевой канализации // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2010. № 4. С. 32–36.Chupin R.V., Melekhov E.S. Development of methods of hydraulic calculations of rainwater drainage systems. Vodoochistka. Vodopodgotovka. Vodosnabzhenie. 2010;4:32-36. (In Russ.).Pupyrev E.I., Chupin R.V., Gogina E.S., Makisha N.A., Nechaev I.A., Pukemo M.M. Elaboration of a Regional Concept for Developing a Water Disposal System for the Central Ecological Zone of the Baikal Natural Territory // Water Resources. 2020. Vol. 47. No. 4. P. 663–671. https://doi.org/10.1134/S0097807820040144.Pupyrev E.I., Chupin R.V., Gogina E.S., Makisha N.A., Nechaev I.A., Pukemo M.M. Elaboration of a regional concept for developing a water disposal system for the central ecological zone of the Baikal natural territory. Water Resources. 2020;47(4):663-671. https://doi.org/10.1134/S0097807820040144.Nguyen T.A., Nguyen T.N.H., Chupin R.V. Phuơng pháp tối ưu hóa thiết kế, sửa chữa và nâng cấp hệ thống thoát nước // Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng. 2017. No. 32 (01). P. 68–74.Nguyen T.A., Nguyen T.N.H., Chupin R.V. Phuơng pháp tối ưu hóa thiết kế, sửa chữa và nâng cấp hệ thống thoát nước. Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng. 2017;32(01):68-74. (In Vietnam).Чупин Р.В., Мороз М.В., Бобер В.А. Обоснование диаметров трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения на основе минимизации затрат их жизненного цикла // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. № 4. С. 52–58. https://doi.org/10.35776/VST.2022.04.07. EDN: CIOYJH.Chupin R.V., Moroz M.V., Bober V.A. Substantiation of the diameters of pipelines of water supply and wastewater disposal systems based on minimizing the costs of their life cycle. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika = Water supply and sanitary technique. 2022;4:52-58. (In Russ.). https://doi.org/10.35776/VST.2022.04.07. EDN: CIOYJH.Чупин Р.В., Мороз М.В. Применение автомобильного транспорта в системах группового водоснабжения и водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 2021. № 5. С. 57–64. https://doi.org/10.35776/VST.2021.05.07. EDN: RDVUAL.Chupin R.V., Moroz M.V. The use of road transport in the systems of group water supply and wastewater disposal. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika = Water supply and sanitary technique. 2021;5:57-64. (In Russ.). https://doi.org/10.35776/VST.2021.05.07. EDN: RDVUAL.Мороз М.В., Витязева М.М. Оценка возможности применения расчета тепловой мощности системы отопления с помощью программного комплекса AutodeskRevit // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2022. Т. 12. № 1 (40). С. 82–89. https://doi.org/10.21285/2227-29172022-1-82-89. EDN: PSGGNG.Moroz M.V., Vityazeva M.M. Assessment of the possibility of calculating the thermal performance of building heating systems using the Autodesk Revit software package. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2022;12(1):82-89. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/2227-2917-2022-1-82-89. EDN: PSGGNG.Мелехов Е.С., Майзель И.В., Чупин Р.В., Оптимизация многоуровневых систем водоснабжения и водоотведения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 9 (56). С. 90–100. EDN: OEEVZB.Melekhov E.S., Maizel I.V., Chupin R.V. Optimization of multilevel systems of water supply and sewerage. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk state technical university. 2011;9:90-100. EDN: OEEVZB.Чупин Р.В., Мороз М.В., Чупин В.Р. Проектирование систем водоснабжения и водоотведения в условиях нечетких значений перспективного водопотребления и численности населения // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. № 11. С. 16–25. https://doi.org/10.35776/VST.2022.11.02. EDN: XXZIEA.Chupin R.V., Moroz M.V., Chupin V.R. Proektirovanie sistem vodosnabzheniya i vodootvedeniya v usloviyakh nechetkikh znachenii perspektivnogo vodopotrebleniya i chislennosti naseleniya. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika = Water supply and sanitary technique. 2022;11:16-25. (In Russ.). https://doi.org/10.35776/VST.2022.11.02. EDN: XXZIEA.Чупин В.Р., Мороз М.В. Метод поиска максимального потока минимальной стоимости в задачах обоснования структуры и параметров систем группового водоснабжения и водоотведения // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2020. № 11 (743). С. 63-74. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2020-743-11-63-74. EDN: DTELVE.Chupin V.R., Moroz M.V. Method for finding the maximum flow of the minimum cost in the problems of substantiating the structure and parameters of group water supply and sanitation systems. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo = News of higher educational institutions. Construction. 2020;11:63-74. https://doi.org/10.32683/0536-10522020-743-11-63-74. EDN DTELVE.Чупин Р.В., Примин О.Г. Обоснование параметров новых и реконструируемых систем водоотведения в условиях неопределенности перспективного потребления воды и сброса стоков // Водоснабжение и санитарная техника. 2017. № 11. С. 36–45. EDN: ZRKPZR.Chupin R.V., Primin O.G. Substantiation of the wastewater disposal system parameters in the context of projected water consumption and wastewater discharge uncertainty. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika = Water supply and sanitary technique. 2017;11:36-43. (In Russ.). EDN: ZRKPZR.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.