Гідравлічний розрахунок і моделювання мереж водопостачання та водовідведення
Підсистема "Гідравліка" ІГС "CityCom-ГідроГраф" для систем водопостачання та водовідведення
Підсистема включає в себе повний набір функціональних компонент та відповідних їм інформаційних структур бази даних, необхідних для гідравлічного розрахунку і моделювання водопровідних і каналізаційних мереж, систем водопостачання та водовідведення будь-якої складності.
Підсистема "Гідравліка" для систем водопостачання та водовідведення дозволяє вирішувати наступні завдання:
-
Розрахунок гідравлічних режимів самопливних і напірних каналізаційних мереж
-
Моделювання та проектування з використанням тестових (модельних) версій баз даних
-
Групові зміни характеристик навантажень (стоків) абонентів за заданими критеріями
-
Групові зміни характеристик ділянок мережі за заданими критеріями
Розмірність розрахованих водопровідних і каналізаційних мереж, ступінь їх закільцьованості та кількість джерел і насосних станцій в системі водопостачання, що працюють на загальну мережу - не обмежені.
Задати питання або направити запит на отримання додаткової інформації
Розрахунок гідравлічного режиму водопровідної мережі
Це класичний розрахунок потокорозподілу в однотрубних мережах з термінальними вузлами - джерелами і споживачами.
Як правило, по вузлах-споживачах (абонентах) задаються навантаження (ліміти), за джерелами - напори, по насосним станціям 2-го підйому - витратно-напірні характеристики агрегатів, а також геометрія та рівні резервуарів чистої води та уставки регуляторів в регулюючих вузлах водопровідної мережі. В окремих випадках можливе задання тисків на споживачах замість витрат, і витрата по джерелу замість напору (хоча це навряд чи доцільно).
Результатом гідравлічного розрахунку є повний потокорозподіл у водопровідній мережі і тиски у всіх її точках.
Насосні групи на станціях другого підйому описуються повною моделлю, що включає витратно-напірну характеристику групи насосних агрегатів.
Витратно-напірна характеристика може бути отримана двома способами:
- завданням параметрів граничних пар "витрата-напір", що описують робочу зону;
- завданням паспортних характеристик встановлених насосних агрегатів (вибір з довідника насосів) та комбінацією їх включення.
Інструментарій підсистеми включає в себе табличні і графічні засоби аналізу режиму водопостачання, отриманого в результаті гідравлічного розрахунку, включаючи п’єзометричні графіки.
Гідравлічний розрахунок є інструментом імітаційного моделювання водопровідних мереж. З його допомогою можна відповідати на питання, що станеться з гідравлічним режимом при тих чи інших штатних або аварійних впливах на мережу, а також при різних умовах водоспоживання в силу добової або нерегулярної нерівномірності.
ІГС "CityCom - ГідроГраф". Підсистема "Гідравліка"
Для отримання більш докладної інформації про можливості та досвід використання інструментарію CityCom у водопостачанні та водовідведенні необхідно направити запит.


Розрахунок гідравлічних режимів самопливних і напірних каналізаційних мереж
Для розрахунку потокорозподілу в каналізаційній мережі на термінальних вузлах-випусках задається витрата стічних вод. Гідравлічний розрахунок виконується як для напірних, так і для самопливних компонент мережі. Каналізаційні насосні станції описуються повною моделлю.
Інструментарій підсистеми включає в себе табличні і графічні засоби аналізу режиму водовідведення, отриманого в результаті гідравлічного розрахунку.
Гідравлічний розрахунок є інструментом імітаційного моделювання каналізаційних мереж. З його допомогою можна відповідати на питання, що станеться з гідравлічним режимом при тих чи інших штатних або аварійних впливах на мережу, а також при різних умовах водовідведення в силу добової або нерегулярної нерівномірності.
Моделювання перемикань
Це саме той інструмент, який, головним чином, дозволяє говорити про "гідравлічну модель" водопровідної мережі. Суть полягає в автоматичному відстеженні системою стану запірно-регулюючої арматури і насосних агрегатів в базі даних опису мережі водопостачання. Будь-яке перемикання на схемі водопроводу тягне за собою автоматичне виконання гідравлічного розрахунку, і, таким чином, в будь-який момент часу користувач бачить той гідравлічний режим, який відповідає поточному стану всієї сукупності запірно-регулюючої арматури і насосних агрегатів на схемі водопровідної мережі.
Перемикання можуть бути як поодинокими, так і груповими, для будь-якої обраної (зазначеної) сукупності елементів, що перемикаються.
Засувки типу "дросель", крім двох крайніх станів (відкрита/закрита), можуть мати проміжний стан "притиснута", який визначається у відсотках відкриття клапана, або в числі оборотів штока. При цьому стані засувка моделюється своїм гідравлічним опором, розрахованим за характеристикою клапана.
Для насосних агрегатів і їх груп у моделі доступні кілька видів перемикань:
- включення/вимикання;
- дроселювання;
- зміна частоти обертання приводу.
За будь-якого перемикання насосних агрегатів в насосній станції автоматично перераховується сумарна витратно-напірна характеристика всієї сукупності працюючих насосів.
Для регуляторів тиску і витрати перемиканням є зміна уставки.
Для споживачів перемиканням є одне з таких дій:
- включення/відключення навантаження водоспоживання;
- обмеження навантаження водоспоживання (в %% від паспортної, в т.ч. і більше 100%);
- зміна виду навантаження водоспоживання зі списку, наявного в паспорті (проектна/фактична ...);
Передбачена генерація спеціальних звітів про відключених/включених абонентів і ділянки водопровідної мережі, стан яких змінився внаслідок останнього виробленого одиничного або групового перемикання. За бажанням користувача ці звіти можуть містити будь-яку інформацію, що міститься в базі даних про ті об'єкти.
Режим гідравлічного моделювання дозволяє оперативно отримувати відповіді на запитання на кшталт "Що буде, якщо ...?" Це дає можливість уникнути помилкових дій при регулюванні режиму і переходах на реальній водопровідної мережі, що можуть спричинити неприємні і навіть фатальні наслідки.
Крім того, гідравлічне моделювання дозволяє проводити розрахунок перспективних режимів, а також оцінити резерви пропускної спроможності водопровідних мереж, продуктивності джерел, насосних станцій 2-го підйому і резервуарів чистої води при формуванні та видачі технічних умов на підключення нових споживачів.
Модельні бази
Підсистема гідравлічних розрахунків дозволяє моделювати довільні режими, в тому числі аварійні і перспективні, на піковий, середній або мінімальний водоразбор. Само по собі гідравлічне моделювання передбачає внесення в модель якихось змін з метою відтворення режимних наслідків цих змін. Очевидно, що такі зміни спотворюють реальні дані, що описують експлуатовану водопровідну мережу в її поточному стані, що категорично неприпустимо.
Підсистема гідравлічних розрахунків містить спеціальний інструментарій, що дозволяє для цілей моделювання створювати й адмініструвати спеціальні "модельні" бази - набори даних, клонованих з основної (контрольної) бази даних опису водопровідної мережі, на яких можна проводити будь-які маніпуляції без ризику спотворити або пошкодити контрольну базу.
Крім свободи маніпуляцій, цей механізм також забезпечує можливість здійснення порівняльного аналізу різних режимів роботи водопровідної мережі, реалізованих в модельних базах, між собою. Зокрема, чудовим аналітичним інструментом є порівняльний п'єзометричний графік, на якому наочно видно зміну гідравлічного режиму, що відбулася в результаті тих чи інших маніпуляцій, або зміну режиму в розрізі різних годин доби і днів тижня.
П'єзометричні графіки
Це важливий аналітичний інструмент фахівця з гідравлічних розрахунків водопровідних мереж. П'єзометр є графічним документом, на якому зображена лінія тиску в трубопроводах водопровідної мережі, а також профіль рельєфу місцевості вздовж певного шляху, що з'єднує між собою два довільних вузла водопровідної мережі по нерозривному потоку води.
На п’єзометричному графіку наочно представлені всі основні характеристики гідравлічного режиму на вузлах і ділянках водопроводу вздовж обраного шляху: манометричні та повні тиски, повні і питомі втрати напору на ділянках водопровідної мережі, витрати води, перепади, створювані на насосних станціях і джерелах, надлишкові напори і т.д.
Побудові власне п'єзометричного графіка передує вибір шуканого шляху. Для цієї мети на схемі водопровідної мережі відзначаються не менше двох вузлів, через які повинен пройти обраний шлях. Шлях будується програмою автоматично з урахуванням стану запірної арматури в вузлах комутації (колодязях), знайдений шлях "підсвічується" на екрані кольором виділення.
Після вибору необхідного шляху одним кліком миші будується п'єзометричний графік. Склад інформації, що відображається на ньому, легенда та масштаб візуалізації легко налаштовуються користувачем в зручний для нього вигляд. Серед інших налаштувань, є можливість виділити на графіку порушення гідравлічного режиму, критерії порушень задаються користувачем. Графік може бути при необхідності роздрукований або експортований в інші програми через буфер обміну Windows.
На одному координатному полі можуть бути одночасно побудовані порівняльні графіки гідравлічних режимів, що побудовані по модельним базам. Типи і кольори ліній і точок графіка легко налаштовуються так, щоб графіки різних гідравлічних режимів на одному полі були помітні між собою.
У разі наявності зв'язку ІГС "ГідроГраф" з АСУ ТП на п’єзометричному графіку можливо крім розрахункових ліній тисків показати реальні вузлові тиски, вимірювані датчиками безпосередньо на водопровідній мережі. Це дозволяє зіставити режим, отриманий в результаті гідравлічного розрахунку, з даними фактичних замірів, і сильно спрощує процес калібрування розрахункової гідравлічної моделі.
Аналіз режимів насосних станцій
Це графічний інструмент, що дозволяє оцінити гідравлічний режим навантаження водопровідної насосної станції другого підйому (каналізаційної насосної станції). На графіку представлена розрахована витратно-напірна характеристика всієї сукупності працюючих насосних агрегатів, а також графіки споживаної потужності і ККД насосної станції. На витратно-напірній характеристиці зазначаються крайні точки робочої зони, а також зображується поточний стан робочої точки (подача насосної станції і створюваний нею натиск). Цей графік дозволяє наочно оцінити поточний режим завантаження насосної станції з точки зору величини запасу або "перевантаженості" по продуктивності, ККД і економічності. Так, якщо робоча точка лежить поблизу лівої межі робочої зони, це свідчить про значну надмірність включених насосних агрегатів; якщо ж вона "притиснута" до правого краю робочої зони, це означає необхідність включення в роботу додаткових насосних агрегатів в групі.
Як зазначалося вище, сукупна витратно-напірна характеристика розраховується на основі паспортних характеристик реальних насосних агрегатів, встановлених на станціях другого підйому (КНС), або характеристик, отриманих ідентифікацією за натурними випробуваннями, або теоретичних характеристик, заданих "по двох точках".
У комплекті інструментарію підсистеми гідравлічних розрахунків поставляється велика база даних по кільком сотням видів насосів, які використовуються у водопостачанні (водовідведенні). Якщо у конкретного користувача зустрічаються насосні агрегати, відсутні в базі даних "CityCom-гідрографії", ми протягом кількох годин централізовано заносимо такі агрегати в довідник, з тим, щоб з цього моменту і надалі їх характеристики були доступні і іншим численним користувачам технології "CityCom".
Групові зміни характеристик навантажень (стоків) абонентів водопровідної (каналізаційної) мережі за заданими критеріями
У підсистемі гідравлічних розрахунків є спеціальний інструмент для здійснення масових змін характеристик навантажень споживачів (випусків) з метою моделювання - таким чином, щоб при цьому не міняти паспортні значення навантажень абонентів водопровідної (каналізаційної) мережі.
Інструмент групових операцій дозволяє виконати зміну характеристик для підмножини ділянок водопровідної (каналізаційної) мережі, що визначається заданим критерієм відбору, зокрема:
- по всій базі даних;
- по одній з зв'язкових компонент водопровідної (каналізаційної) мережі (зоні водопостачання/водовідведення);
- за деяким графічним полем, заданим довільним багатокутником;
- за типом об'єктів водопостачання/водовідведення (житло, адміністративні будівлі, промисловість, тощо);
- за ознакою відомчої підпорядкованості;
- за ознакою адміністративного поділу; і т.п.
Для споживачів (водопровід), відібраних за заданим критерієм, можна виконати одну з таких змін характеристик навантаження:
- включення/відключення навантаження водоспоживання;
- обмеження навантаження водоспоживання (в %% від паспортної, в т.ч. і більше 100%);
- зміна способу завдання навантаження водоспоживання зі списку, наявного в паспорті (проектна/фактична/...)
Після проведення серії змін характеристик навантажень електронний блок робить гідравлічний розрахунок, результати якого відразу ж доступні для візуалізації на схемі та аналізу.
Оскільки у разі зміни характеристик навантаження водоспоживання паспорти абонентів не змінюються, дуже просто повернутися до вихідного стану моделі, що визначається паспортними значеннями навантажень.Групові зміни характеристик ділянок мережі за заданими критеріями
Даний інструмент стосується різних цілей і завдань гідравлічного моделювання, проте його основне призначення - калібрування розрахункової гідравлічної моделі водопровідної (каналізаційної) мережі. Реальна водопровідна мережа завжди має фізичні характеристики, що відрізняються від проектних, в силу змін, що відбуваються в часі - корозії та випадення відкладень, що відбиваються на зміні еквівалентної шорсткості і зменшенні внутрішнього діаметра труб внаслідок заростання. Очевидно, що ці зміни впливають на гідравлічні опори ділянок трубопроводів, і в масштабах мережі в цілому це призводить до вельми значних розбіжностей результатів гідравлічного розрахунку по "проектним" значенням з реальним гідравлічним режимом, які спостерігаються в мережі. З іншого боку, виміряти дійсні значення шорсткостей і внутрішніх діаметрів ділянок експлуатованої водопровідної мережі не представляється можливим, оскільки це вимагало б масового розкриття трубопроводів, що навряд чи можна реалізувати. Тому ці значення можна лише непрямим чином оцінити на підставі порівняння реального (що спостерігається) гідравлічного режиму з результатами розрахунків на гідравлічної моделі, і внести в розрахункову модель відповідні поправки. У цьому, в першому наближенні, і складається процес калібрування.
Інструмент групових операцій дозволяє виконати зміну характеристик для підмножини ділянок водопровідної (каналізаційної) мережі, що визначається заданим критерієм відбору, зокрема:
- по всій базі даних;
- по одній із зв'язкових компонент водопровідної (каналізаційної) мережі (зоні водопостачання/водовідведення);
- по деякій графічній області, заданій довільним багатокутником;
- уздовж обраного шляху.
- по виду мереж водопостачання (магістральні, квартальні, внутрішньодворові) і водовідведення (напірні, безнапірні, госппобутові, зливові);
- по ділянках водопроводу (каналізації) певного умовного діаметра;
- по ділянках певного способу прокладки, і т.п.
Для ділянок водопровідної мережі, відібраних за певною сукупністю критеріїв, можна зробити будь-яку з наступних операцій:
- зміна еквівалентної шорсткості;
- зміна ступеня заростання трубопроводу;
- зміна способу розрахунку опору.
Після проведення серії змін характеристик ділянок трубопроводів водопровідної (каналізаційної) мережі автоматично проводиться гідравлічний розрахунок, результати якого відразу ж доступні для візуалізації на схемі та аналізу.
Оскільки у разі зміни характеристик ділянок водопровідної (каналізаційної) мережі їх паспорти не модифікуються, в будь-який момент можна повернутися до вихідного стану моделі, що визначається паспортними значеннями характеристик ділянок.
Табличні та графічні аналітичні інструменти
Поряд з самим затребуваним інструментом, - п’єзометричними графіками, - підсистема гідравлічних розрахунків забезпечена великою кількістю зручних засобів аналізу. Зокрема, такі:
- "гідравлічна" розфарбовка водопровідної (каналізаційної) мережі: різними кольорами виділяються включені, відключені і тупикові ділянки мереж;
- спеціальні розфарбовки водопровідної (каналізаційної) мережі за значеннями різних характеристик гідравлічного режиму (за швидкістю, по зонам тисків, за питомими втратами напору на ділянках, за рівнем заповнення і т.п.);
- графічні виділення (виділення кольором або іншим способом вузлів і / або ділянок водопровідної (каналізаційної) мережі за деяким критерієм), наприклад: споживачі з низьким напором на вводі, колодязі з "притиснутими" засувками, ділянки з перевищенням заданої швидкості потоку, ділянки з контр-уклону, ділянки зі швидкістю нижче швидкості самоочищення і т.п.)
- розстановка значків-стрілок, що вказують напрямок руху води по трубопроводах;
- підпис на схемі водопроводу (каналізації) значень витрат по ділянках і тисків у вузлах мережі;
- довільні табличні аналітичні документи, побудовані на вихідних даних і результатах гідравлічного розрахунку водопровідної (каналізаційної) мережі;
- гідравлічні довідки на окремі вузли, ділянки, джерела, насосні станції та споживачів водопровідної мережі/випусках каналізаційної мережі;
- довільні запити та вибірки з бази даних, що містять будь-які описані функції від параметрів гідравлічного режиму.
Набір розфарбовок, графічних виділень і аналітичних документів нічим не обмежений, крім потреб користувача і дотримання загального принципу: групувати, фільтрувати і аналізувати можна тільки ті дані, які в явному вигляді присутні в базі даних проекту, або обчислювані з них.
Режим гідравлічного моделювання дозволяє оперативно отримувати відповіді на запитання на кшталт "Що буде, якщо ...?" Це дає можливість уникнути помилкових дій при регулюванні режиму і переходах на реальній мережі, які можуть спричинити неприємні і навіть фатальні наслідки, а також ефективно планувати перспективні режими при формуванні технічних умов на приєднання нових об'єктів або розробці заходів з реконструкції та модернізації мереж.