Методика избыточных проектных схем и метод поконтурной минимизации систем группового водоснабжения и водоотведения

Из-за неравномерности распределения водных ресурсов по территории нашей страны многие населенные пункты и даже города не имеют своих источников водоснабжения и водоемов, куда можно было бы сбрасывать очищенные сточные воды. Для решения этой проблемы проектируются, строятся и развиваются групповые и районные системы водоснабжения и водоотведения, протяженность которых насчитывает сотни и даже тысячи километров. На строительство и эксплуатацию таких сооружений ежегодно требуются значительные финансовые вложения. Поэтому вопросы выбора трасс, состава сооружений, и особенно способов транспортировки воды и сточных вод, обоснования мест расположения водозаборов, очистных сооружений являются актуальными и требуют особого внимания и разработки комплексной методики оптимизации структуры и параметров систем водоснабжения и водоотведения. В работе предлагается на основе предварительно построенного избыточного графа метод поконтурной минимизации структуры сооружений и способов подачи воды потребителям, транспортировки сточных вод на очистные сооружения трубопроводным и автомобильным транспортом. Избыточный граф включает всевозможные связи (ребра, дуги), которые моделируют трубопроводный и автомобильный транспорт, между вершинами, которые моделируют существующие и новые источники воды и сброса стоков, канализационные очистные сооружения, насосные станции, регулирующие резервуары и потребителей. Метод выделяет наилучшие (с точки зрения минимума затрат жизненного цикла) ребра, дуги и вершины графа и находит им соответствующие параметры трубопроводных и автомобильных участков сети и сооружений. Данный метод основан на процедуре обхода контуров и последовательной замены ветвей дерева ходами, при этом лучший вариант в виде остовного дерева запоминается. По результатам проведенных численных экспериментов показано, что применение комбинированных (трубопроводных и автомобильных) систем транспортировки воды по затратам жизненного цикла является оптимальным.

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

2. Сидлер В.Г., Сеннова Е.В. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение. 1987. 121 с.

3. Сухарев М.Г., Ставровский Б.Р. Оптимизация систем транспорта газа. М.: Недра, 1975. 277 с.

4. Карамбиров С.Н., Буркова Ю.Г. Анализ и синтез сложных инженерных систем с применением современных математических методов. М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2015. 193 с.

5. Аверьянов В.К., Сеннова Е.В., Карасевич А.М., Стенников В.А., Еделева О.А., Добровольская Т.В. [и др.]. Трубопроводные системы энергетики: математическое моделирование и оптимизация. Новосибирск: Наука, 2010. 418 с.

6. Атавин А.А., Новицкий НН., Сухарев М.Г., Чионов А.М., Овчинникова Т.Э., Емельянов В.А. [и др.]. Трубопроводные системы энергетики: математические и компьютерные технологии интеллектуализации. Новосибирск: Наука, 2017. 384 с.

7. Новицкий Н.Н., Сухарев М.Г., Тевяшев А.Д., Смирнова В.С., Рудяк В.Я., Тарасевич В.В. [и др.]. Трубопроводные системы энергетики: Методические и прикладные проблемы математического моделирования. Новосибирск: Наука, 2015. 476 с.

8. Абрамов Н.Н., Поспелова М.М., Сомов М.А., Варапаев В.Н., Керимова Д.X. Расчет водопроводных сетей. М.: Стройиздат, 1983. 273 с.

9. Шевелев Ф.А., Орлов Г.А. Водоснабжение больших городов зарубежных стран. М.: Стройиздат, 1987. 357 с.

10. Чупин Р.В., Мелехов Е.С. Развитие теории и практики моделирования и оптимизации систем водоснабжения и водоотведения: Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. 323 с.

11. Чупин Р.В. Оптимизация развивающихся систем водоотведения. Иркутск: Издво ИРГТУ, 2015. 418 с.

12. Чупин Р.В., Фам Н.М. Оптимизация структуры и параметров развивающихся систем группового водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 2019. № 1. С. 30–36.

13. Чупин Р.В. Оптимизация перспективных схем развития систем водоотведения в условиях ограниченного финансирования // Водоснабжение и санитарная техника. 2018. № 2. С. 44–54.

14. Чупин Р.В., Фам Н.М., Горьков Е.А., Мороз М.В. Индикативное и адаптивное управление развитием системы водоотведения // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018. Т. 8. № 2. С. 94–108. http://dx.doi.org/10.21285/2227-2917-2018-2-94-107

15. Chupin V.R., Pham N.M., Chupin R.V. Optimization of developing district water supply systems taking into account variability of perspective water consumption» // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. Vol. 667. 2019. https://doi.org/10.1088/1757-899X/667/1/012018

16. Chupin V.R., Pham N.M., Chupin R.V. Optimization of the sewerage systems scheme of cities and populated areas // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. Vol. 667. 2019. https://doi.org/10.1088/1757-899X/667/1/012017

17. Гогина Е.С., Гуринович А.Д. Применение методики LCC для оценки эффективности проектов сооружений очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 9. С. 36–41.

18. Баженов В.И., Пупырев Е.И., Самбурский Г.А., Березин С.Е. Разработка методики расчета стоимости жизненного цикла оборудования систем и сооружений для водоснабжения и водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 2018. № 2. С. 10–19.

19. Туревский И.С. Экономика отрасли. Автомобильный транспорт. М.: ИД «Форум»: ИНФРА-М, 2011. 288 с.

20. Тозик А.А. Экономика автомобильного транспорта. Минск: УП «Технопринт», 2005. 140 с.

21. Таха Х.А. Введение в исследование операций: пер. с англ. 7-е изд. М.: ИД «Вильямс», 2007. 912 с.

22. Форд Л.Р., Фалкерсон Д.Р. Потоки в сетях. М.: Мир, 1963. 216 с.

23. Ху Т. Целочисленное программирование и потоки в сетях. М.: Мир, 1974. 520 с.