Оптимизация параметров систем водоснабжения и водоотведения на основе минимизации затрат их жизненного цикла

При проектировании городских систем водоснабжения и водоотведения требуется обосновать диаметры трубопроводов, скорости движения воды и стоков. Существующие подходы и нормативные требования, изложенные в СП 31.13330.2012, основываются в том числе на экономических факторах, вычисляемых на основе приведенных затрат на строительство и эксплуатацию систем водоснабжения и водоотведения. Вместе с тем, согласно ГОСТ Р 587885-2019, выбор проектного варианта следует осуществлять на основе затрат их жизненного цикла. В связи с этим предлагается методика вычисления оптимальных значений диаметров и скоростей движения воды и сточной жидкости в трубопроводах на основе затрат их жизненного цикла. В исследовании конкретизируются затраты жизненного цикла в трубопроводных системах водоснабжения и водоотведения в виде функций расхода и скорости транспортируемых воды и стоков. Берется первая производная затрат жизненного цикла по скорости, и полученное уравнение приравнивается нулю. Далее уравнение разрешается относительно скорости. В итоге получены формулы для вычисления оптимальных значений скоростей движения воды и сточной жидкости в трубопроводах относительно затрат их жизненного цикла. Проведенные численные эксперименты показали, что оптимальные значения скоростей движения воды и сточной жидкости зависят от величин расхода, стоимости электроэнергии и количества лет жизненного цикла систем водоснабжения и водоотведения.   Предлагается   внести   изменения в приложение «В» СП 31.13330.2012, добавив обоснование диаметров трубопроводов на основе затрат жизненного цикла систем водоснабжения и водоотведения.

1. Абрамов Н. Н. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды. М.: Стройиздат, 1972. 287 с.

2. Chipranich I., Evrich M., Radulovic M., Sekulich G. The energy – pressure nexus in the water supply system // Water Supply. 2021. Vol. 21 (1). p. 344-355. https://doi.org/10.2166/ws.2020.285.

3. Mangalekar R. D., Gumaste C. S. Residential water demand modelling and hydraulic reliability in design of building water supply systems: a review // Water Supply. 2021. Vol. 21 (4). p. 1385-1397. https://doi.org/10.2166/ws.2021.021.

4. Gajgate P. W., Mirajkar A. B. Irrigation pipe distribution network optimization with Jaya Algorithm: a hybrid approach // Water Supply. 2021. Vol. 21 (7). p. 3570-3583. https://doi.org/10.2166/ws.2021.122.

5. Nuri M., Emadi A., Fazlula R. An agent-based model for water allocation optimization and comparison with the game theory approach // Water Supply. 2021. Vol. 21 (7). p. 3584-3601. https://doi.org/10.2166/ws.2021.124.

6. Pujita S. N., Singh G., Jyotiprakash V. Improving the optimal solution of GoYang network – using genetic algorithm and differential evolution // Water Supply. 2020. Vol. 20 (1). p. 95-102. https://doi.org/10.2166/ws.2019.139.

7. Tadokoro H., Koibuchi H., Takahashi S., Kakudo S., Takata Y., Moriya D., et al. Water supply control system for smarter electricity power usage adopting demand-response scheme // Water Supply. 2020. Vol. 20 (1). p. 140-147. https://doi.org/10.2166/ws.2019.143.

8. Marquez J., Cunha M. Upgrading water distribution networks to work under uncertain conditions // Water Supply. 2020. Vol. 20 (3). p. 878-888. https://doi.org/10.2166/ws.2020.011.

9. Solgi M., Bozorg-Haddad O., Loáiciga H. A. A multi-objective optimization model for operation of intermittent water distribution networks // Water Supply. 2020. Vol. 20 (7). p. 2630-2647. https://doi.org/10.2166/ws.2020.159.

10. Palod N., Prasad V., Khare R. Nonparametric optimization technique for water distribution in pipe networks // Water Supply. 2020. Vol. 20 (8). p. 3068-3082. https://doi.org/10.2166/ws.2020.200.

11. Shabani M., Garneh N. Sh., Niaki S. T. A. Planning for urban water supply–demand portfolio using a hybrid robust stochastic optimization approach // Water Supply. 2020. Vol. 20 (8). p. 3433-3448. https://doi.org/10.2166/ws.2020.257.

12. Меренков А. П., Хасилев В. Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985. 278 с.