Обеспечение надёжной работы самотечной водоотводящей сети

Под надежностью участка водоотводящего трубопровода понима­ется его свойство бесперебойного отвода сточных вод от обслуживаемых объектов в расчётных количествах в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями и соблюдением мер по охране окружающей среды.

Определение степени надёжности работы самотечной сети водоотведения производится на основании использования и обобщения обширно­го аналитического и архивного материала по эксплуатации водоотводящих трубопроводов различных городов и населённых пунктов, применения со­ответствующего математического аппарата и специально разработанной автоматизированной системы комплексной оценки надежности городской водоотводящей сети.

В настоящее время значительная часть трубопроводов городской водоотводящей сети в различных регионах РФ исчерпала нормативный срок службы и имеется высокий риск возникновения аварий. Надёжность систем водоотведения является сложной много факторной и многовариант­ной задачей.

Подход к определению первоочередного объекта реабилитации трубопроводов водоотводящей сети базируется на выделении базового или основного фактора, которым служит его надежность, а также метод оценки определённого количества косвенных дестабилизирующих факторов, влияющих на показатели надежности участков трубопроводов в реальных условиях эксплуатации.

При разработке стратегии повышения надёжности водоотводящих сетей целесообразно в качестве основного фактора оценки их состояния принять аварийность. Аварийность самотечных коллекторов, а также каче­ственное и количественное описание должно производиться только после выявления влияния на него всех косвенных факторов, показателей и об­стоятельств, оцениваемых в свою очередь по балльной системе на основе распределения по рангам значимости с использованием фактических дан­ных по эксплуатации трубопроводов и математического аппарата теории графов.

Оценка косвенных факторов и их ранжирование по значимости к приоритетному фактору (аварийности) должно производится с учётом двух основных условий: минимального ущерба (материального, экологического, социального) в случае аварийной ситуации, например, отказа участка водо­отводящей сети и увеличения срока безаварийной эксплуатации участков сети.

При разработке надёжности городских водоотводящих сетей к кос­венным факторам влияния на риск возникновения отказа следует отнести следующие 11 факторов (представлены по тексту в произвольной форме без учёта ранжирования и на рис. 21.1 в виде вершин графа):

1) год укладки водоотводящего трубопровода — № 2;

2) диаметр трубопровода (толщина стенок) — № 3;

3) нарушения в стыках трубопроводов — № 4;

4) дефекты внутренней поверхности — № 5;

5) засоры, препятствия — № 6;

6) нарушение герметичности — № 7;

7) деформация трубы — № 8;

8) глубина заложения труб — № 9;

9) состояние фунтов вокруг трубопровода — № 10;

10) наличие (отсутствие) подземных вод — № 11;

11) интенсивность транспортных потоков — № 12.

Рис. 21.1. Граф связности факторов, влияющих на аварийность водоотводящей сети

Влияние 11 косвенных факторов (№ 2-№ 12) на базовый, т. е. ава­рийность водоотводящей сети (№ 1), и определение их приоритетности по балльной системе производится с помощью математической модели (теории графов) посредством составления матриц доминирования, устанавли­вающих общую связность (т.е. наличие или отсутствие связей вершин гра­фа) всех элементов системы с учётом множества возможных сочленений и выявлением ранга доминирования или значимости.

Косвенные факторы значимости, используемые для создания алго­ритма и программы надёжности водоотводящих сетей, отличаются и имеют специфические особенности.

Для решения задач надёжности водоотводящих сетей по разным причинам не используются такие факторы, как качественные показатели воды и плотность населения. При восстановлении же водоотводящих сетей широко представлены в качестве косвенных внешних факторов пять типов патологий (нарушения в стыках, дефекты внутренней поверхности труб, засоры различного происхождения, нарушение герметичности стенок, де­формация стенок трубы), без которых оценка реального технического со­стояния водоотводящих сетей была бы невозможна.

В табл. 21.1 приведён перечень основных нарушений, которые в значительно мере оказывают влияние на надёжность работы самотечных водоотводящих сетей.

К качественным характеристикам воды подход может быть двоя­ким. В настоящей программе реновации водоотводящих сетей он не учиты­вается, так как рассмотрению подлежат городские сточные воды, имеющие концентрацию загрязнений в диапазоне, соответствующем приёму сточных вод в городскую канализацию. Для водоотводящих сетей, транспортирую­щих производственные сточные воды, фактор «качественные характери­стики» становится необходимым, что требует внесения дополнительных корректив в разработанный алгоритм и автоматизированную программу.

Плотность населения как фактор значимости при разработке страте­гии реновации водоотводящих сетей отсутствует, так как является относи­тельно независимым по отношению к нарушениям работы наружных водоот­водящих сетей и в случае аварийной ситуации на городских сетях население жилых зданий и работники гражданских и промышленных объектов не пере­стают пользоваться услугами внутренней водоотводящей сети.

При разработке стратегии восстановления водоотводящих сетей детально рассмотрены элементы состояния фактора «наличие (отсутствие) подземных вод». В алгоритм, автоматизированную программу и паспорт ранжирования внесены данные по солевому составу вод, а именно: вода минерализованная (т.е. содержащая от 5 до 40 % растворённых солей), сла­боминерализованная (от 0,1 до 5 %) и пресная (от 0,001 до 0,1 %).

Как показывает анализ статистических данных, более 25% водоотводящих самотечных сетей в России отслужили свой нормативный срок или находятся в аварийном состоянии. Ежегодно этот показатель возраста­ет на 1,5%. В этих условиях обеспечение надежной работы сетей возможно лишь при достижении максимальной адресности профилактических про­чисток, ремонта аварийных участков и реконструкции трубопроводов с недостаточной пропускной способностью.

Решение этой задачи базируется на основе использования совре­менных информационных технологий. С этой целью в производственно-аварийном управлении водоотводящих сетей (ПАУКС) «Мосводоканала» создана информационно-аналитическая программа, содержащая все паспортные данные участков сети, количество устраненных засоров на них и блок динамического ранжирования сетей по количеству засоров на них.

Анализ данных показал, что из 2000 засоров, имевших место за 2 года в одном из районов, 91% приходится на трубопроводы диаметром 250 мм и менее, причем 63% засоров происходит на керамических трубах диаметром 125 и 150 мм. Ранее была установлена зависимость количества повреждений трубопроводов от глубины их заложения.

В результате динамического ранжирования были выявлены участ­ки сети, «лидирующие» по количеству засоров на них. По этим участкам сети был произведен технический осмотр и выполнена адресная прочистка, в ходе которой выяснилась необходимость ремонта отдельных участков. Решение о выполнении ремонта принималось на основе теледиагностики этих участков, после проведенных прочисток частота возникновения засо­ров снижалась обычно в 1,5-2 раза.

Для проведения теледиагностики водоотводящих сетей использу­ются отечественные осмотровые робототехнические комплексы с колесной, самоходной цветной поворотной камерой и постом управления, располо­женным на автомобиле.

В перспективе, при распространении разработанных информаци­онных технологий на все эксплуатационные районы для московской сети водоотведения, возможно сокращение затрат на эксплуатацию сетей за счет переориентации работ от аварийного режима прочисток и ремонтов к про­филактике и обеспечению за счет этого требуемой надежности функциони­рования водоотводящих систем.

Существенное повышение надежности работы сетей возможно также за счет постепенного целенаправленного изменения структуры диа­метров труб. Трубопроводы диаметром 125-150 мм (преимущественно из керамических труб), составляя 27,5% общей протяженности, дают до 63% общего количества засоров. Таким образом, используя имеющиеся бес­траншейные технологии, возможно, при соответствующем технико-Экономическом обосновании обеспечения самоочищающей скорости, пла­номерно заменять участки с малыми диаметрами на большие, что, в частно­сти, диктуется устойчивой тенденцией к повышению этажности зданий в Москве и увеличению плотности застройки.

Одновременно надежность функционирования водоотводящих систем крупных городов и мегаполисов существенно зависит от сохранно­сти железобетонных коллекторов и очистных сооружений станций аэрации. Используемый во многих странах дистанционный контроль за состоянием водоотводящих коллекторов с помощью телекамер не позволяет вести на­блюдения за скрытыми процессами коррозии внутри железобетона, приво­дящими к разрушению конструкций.

По заданию ПАУКС «Мосводоканала» разработан и запатентован прибор дистанционного контроля за скоростью коррозии железобетонных -конструкций в коллекторах. С помощью прибора ведется мониторинг процес­са коррозии по 7 датчикам, установленным в подводящем коллекторе Ново-Люберецкой станции аэрации, что позволяет своевременно проводить ремонтно-восстановительные работы и поддерживать работоспособность сооружения.

Воронов Ю.В., Яковлев С.В. «Водоотведение и очистка сточных вод»