Введение к работе
Актуальность проблемы. Рассматривается система подачи и распределения воды (СПРВ), состоящей из водозаборных сооружений, насосных станций, резервуаров, станций подкачки, арматуры, потребителей, водоводов и распределительных сетей.
Ввод в эксплуатацию новых и реконструкция действующих систем водоснабжения требуют привлечения значительных инвестиций. Системы ПРВ по своей сути являются ресурсоемкими предприятиями системы водопользования, рациональное использование которых существенно улучшает экономические показатели работы всего водопровода. Удельный вес капитальных и эксплуатационных затрат, приходящихся на них, составляет до 60-80% общей стоимости системы водоснабжения. Ресурсосбережение является одним из требований устойчивого развития общества. Реальная система ПРВ работает в условиях воздействия множества факторов, точный учет которых достаточно затруднен.
К факторам неопределенности при расчете СПРВ можно отнести:
упрощение сложной конфигурации сети; приведение распределенных расходов к узловым;
условный характер графика водопотребления и интервальное задание расчетных расходов воды;
сведение стохастического разбора воды к детерминированному;
- неточность эмпирических формул потерь напора, связанная с неполным уче
том влияющих факторов, изменением их во времени, ошибками эксперимен
та и аппроксимации;
неточность параметров и характеристик трубопроводной арматуры, приводимых в каталогах и справочниках в виде диапазонов;
- неточность долгосрочного прогнозирования водопотребления и планирова
ния реконструкции;
неопределенность параметров источников водоснабжения и т.д. Отсюда видно, что некоторые виды неопределенности СПРВ носят объективный характер, другие же сознательно введены в модель с целью ее упрощения. Значительная часть информации, необходимой для математического описания системы, существует в форме представлений и пожеланий специалистов
- экспертов, имеющих большой опыт работы. Таким образом, при проектиро
вании и развитии СПРВ имеет место неопределенность параметров и самой
структуры системы. Существенным фактором также является многорежим-
ность работы СПРВ, определяемая неравномерностью водопотребления и раз-
личным составом работающего оборудования в разные моменты функционирования системы.
Выбор оптимальных параметров СПРВ невозможен без учёта и анализа разнообразных факторов, многие из которых носят неопределённый характер, накопленного опыта проектирования, без учёта различных режимов работы системы в условиях поэтапного её развития. Указанные обстоятельства создают необходимость дальнейшего совершенствования методов расчёта СПРВ в сложных условиях.
Целью исследований является разработка единого теоретического подхода к решению принципиально новых гидравлических и технико-экономических методов расчёта СПРВ в условиях многорежимности и неопределённости.
Достижение поставленной цели потребовало решения проблем, основными из которых являются :
совершенствование методов стохастического расчета СПРВ ;
получение потокораспределения в сети в нечеткой постановке (интервально заданных напоров, расходов и подач), связанного с неопределенностью водопо-требления;
решение задач оптимизации СПРВ с трудно-формализуемыми условиями на основе многорежимности, динамического и усовершенствованного линейного программирования, использования нечетких и вероятностных подходов;
разработка метода оптимального развития и реконструкции СПРВ в условиях роста нагрузок, появления новых потребителей и поэтапного ввода в эксплуатацию очередей системы;
создание многорежимных методов расчета переходных процессов и имитационного моделирования СПРВ в условиях неопределенности;
совершенствование методов расчёта совместной работы водозабора подземных вод и СПРВ в сложных условиях с целью обоснования схемы водозабора подземных вод.
Научная новизна работы. Впервые получены и существенно усовершенствованны следующие положения:
методы гидравлического и технико-экономического расчётов СПРВ с учётом стохастических нагрузок, дополнительных трудно-формализуемых условий, замены детерминированных ограничений вероятностными;
расчет и оптимизация СПРВ в нечёткой постановке, наиболее адекватно от-
5 ражающей качество исходных данных и накопленный опыт проектирования;
оптимизация СПРВ для нескольких расчётных случаев одновременно, с учетом ее дальнейшей реконструкции и развития в условиях изменения топологии сети и появления новых потребителей с заданием системы ограничений для каждого из случаев и формированием целевой функции с учётом их продолжительности;
постановка и решение задачи оптимизации СПРВ с введением в процесс многокритериальной оптимизации нечетких величин, позволяющих приближенно учесть противоречивые требования и нахождение наилучшего решения методом направленного случайного поиска с самообучением.
- методы многорежимного моделирования СПРВ на базе расчетов переходных процессов и имитационного моделирования в условиях неопределенности; - модели совместной работы СПРВ и водозабора подземных вод в сложных гидрогеологических условиях при отсутствии достоверных данных. Методология и достоверность исследований.
Проведение натурных экспериментов по водопотреблению проводилось с использованием методов и средств измерений, разработанных в НИИ ЮВОВ АКХ им. К.Д. Памфилова при непосредственном участии автора.
Результаты измерений, а также данные, предоставленные кафедрой с/х водоснабжения МГУП, обрабатывались на ПК по программам, составленным автором.
В качестве инструментов решения поставленных задач использовались численные методы расчёта и оптимизации инженерных сетей, методы решения уравнений математической физики, линейного, нелинейного и динамического программирования, а также методы теории вероятностей и оптимизации в условиях неопределённости. Применение апробированных методов определяет достоверность исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на совещаниях и научно - технических конференциях, в том числе международных, в Саратове(1991г.), Кишиневе (1993г.), Бендерах (1987г.), Алма-Ате (1995г.), Иркутске (1988г.), С.-Петербурге( 1988г.), Москве( 1980-2005г.), Будапеште (Венгрия) (1997г.), Вроцлаве (Польша) (1991,1992,1997г.), Елгаве (Латвия) (1998г.).
Практическая ценность работы. Реализация результатов. Дополнение детерминированных расчетов факторами неопределенности и многорежимности позволяет получить оптимальные или гарантированные параметры системы с
учетом имеющейся информации даже в тех случаях, когда в традиционной постановке задача не имеет решения.
Результаты диссертации использованы в ряде организаций, в том числе в институте "Молдгипроводхоз", "Приволжгипроводхоз", на предприятиях ОПО "Леноблводоканал", в отделе Архитектуры и градостроительства Администрации Каширского района Московской области, в институте сельскохозяйственного строительства Сельскохозяйственной академии во Вроцлаве (ГТольша),в ОАО НИИ Коммунального водоснабжения и очистки воды. Результаты исследований используются в учебном процессе студентами Московского государственного университета природообустройства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций, списка литературы (363 наименований) и приложения. Объем работы 311 страниц, она содержит 16 таблиц и 132 рисунка. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
