Содержание к диссертации
Введение
1. Общая характеристика работы 12
1.1. Обоснование актуальности исследований 12
1.2. Выбор методов исследований 16
1.3. Анализ существующих методов проектирования и строительства гидротехнических узлов сооружений машинного водоподъема оросительных систем (ГУСМВОС) 18
1.4. Выводы 33
2. Теоретические исследования расчетного расхода воды в напорных трубопроводах ГУСМВОС 34
2.1. Подбор и анализ аналитических зависимостей водоподачи орошаемой территории, подвешенной к головной насосной станции, от времени полива 37
2.2. Выводы 49
3. Обоснование оптимальных параметров элементов ГУСМВОС... 51
3.1. Определение оптимального диаметра напорных трубопроводов 56
3.2. Обоснование оптимального количества ниток напорных трубопроводов 61
3.3. Определение оптимальной скорости воды в напорных трубопроводах...66
3.4. Выбор оптимального места расположения головной оросительной насосной станции на трассе водоподачи 69
3.5. Выводы 77
4. Влияние различных факторов на оптимизируемые параметры элементов ГУСМВОС 79
4.1. Оптимальный диаметр напорных трубопроводов 79
4.2. Оптимальное количество ниток 88
4.3. Оптимальное соотношение длины подводящего канала и трассы водоподачи 96
4.4. Выводы 100
5. Экономическая оценка результатов исследований 102
5.1. Экономическая эффективность диаметра напорных трубопроводов 103
5.2. Экономическая оценка местоположения насосной станции на трассе водоподачи 111
5.3. Экономическая оценка действующих оросительных систем Саратовской области 119
5.4. Выводы 124
Общие выводы 126
Список литературы 129
Приложения 139
- Анализ существующих методов проектирования и строительства гидротехнических узлов сооружений машинного водоподъема оросительных систем (ГУСМВОС)
- Подбор и анализ аналитических зависимостей водоподачи орошаемой территории, подвешенной к головной насосной станции, от времени полива
- Обоснование оптимального количества ниток напорных трубопроводов
- Оптимальное соотношение длины подводящего канала и трассы водоподачи
Введение к работе
Техническая политика в области капитального строительства оросительных систем, характеризуется одним из главных направлений, нацеленных на повышение эффективности капитальных вложений в сооружение основных элементов гидроузла машинного водоподъема. Необходимость научно-технического обоснования принимаемых проектных решений при рассмотрении вопросов повышения эффективности водоподачи путем оптимизации параметров основных элементов оросительно-обводнительных систем, обеспечивающих подачу и отведение воды, постоянно растет, так как от их решения на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации зависят эффективность использования основных производственных фондов, экономия материальных, сырьевых и энергетических ресурсов, а также сокращение непроизводительных затрат на обслуживание и ремонт водоводов, подводящих каналов и др.
В настоящее время системам машинного водоподъема оросительных систем уделяют большое внимание: разрабатываются новые методы и технологии, конструкции, оборудование, приборы, научные рекомендации по расчету сооружений водоподачи на орошаемые территории. Однако, внедрение новых, более эффективных технических решений при проектировании капи-тало- и энергоемких сооружений по трассе машинного водоподъема является необходимым, но еще недостаточным условием бесперебойности работы и качества организации строительства и эксплуатации оросительных систем. Важно, чтобы проектные решения по всем элементам гидротехнического узла сооружений машинного водоподъема наряду с высокими техническими характеристиками были бы еще и оптимальными, то есть требовали минимальных приведенных затрат.
Проблема строительства систем машинного водоподъема в гидромелиорации, которые удовлетворяли бы современным требованиям рыночной экономики к проектно-техническим решениям с учетом их оптимизации, к обес-
печению минимума затрат на сооружение и эксплуатацию, охватывает широкий комплекс вопросов: проведения наивыгоднейшей трассировки сети, назначение диаметров водоводов ; выбор числа ниток трубопроводов и рациональное распределение между ними общего расхода воды; обоснование места расположения оросительной насосной станции на трассе водоподачи, технико-экономическое обоснование расчетного расхода воды по трубопроводам оросительной насосной станции и т.п.
Комплексное решение задачи оптимизации основных элементов гидроузла машинного водоподъема, охватывающей одновременно все указанные вопросы на основе системного подхода к решению проблемы оптимизации, до настоящего времени чрезвычайно затруднено из-за невозможности полной формализации многоэкстремальной задачи оптимального синтеза систем как единого целого. По этой причине широкое применение при оптимизации систем машинного водоподъема получил принцип декомпозиции, предусматривающий разбивку общей задачи на ряд подзадач малой размерности с последующей увязкой промежуточных решений на этапе сравнения и экономической оценки возможных вариантов.
Повышенный интерес к задаче оптимизации проектных решений подачи воды на орошаемую территорию объясняется, в первую очередь, тем, что затраты на строительство и эксплуатацию сооружений для транспортировки и распределения воды составляют 60 — 80 % затрат на оросительные системы в целом [44]. В то же время оптимизация параметров основных элементов гидроузла мапганного водоподъема оказывает определяющее влияние на качество и бесперебойность водоподачи на орошаемые участки, поэтому важно иметь методологические предпосылки по научному обоснованию таких проектных решений, которые гарантировали бы при минимальных затратах на строительство и эксплуатацию всего комплекса сооружений машинного водоподъема требуемый уровень эффективности и надежности транспортировки воды, необходимой для орошения по всей трассе водоподачи от водозабора до водо-выпуска.
В настоящее время работники проектных организаций при технико-экономическом обосновании проектного решения по тому или иному элементу узла сооружений машинного водоподъема оросительных систем пользуются трудоемким, морально устаревшим методом вариантных расчетов, которые громоздки и требуют значительных затрат времени на технико-экономическое обоснование параметров, определяющих экономически наивыгоднейшего варианта. Кроме того, при вариантном подходе к поиску оптимальных решений весьма затруднительно применение ЭВМ в силу необходимости составления дополнительных подпрограмм. Поэтому основным направлением диссертационной работы являются исследования зависимостей приведенных затрат на определенные элементы гидроузла от их основных параметров и разработка на их основе аналитических зависимостей общего, универсального характера, позволяющих оптимизировать проектные решения с наименьшими затратами времени проектировщиков, обеспечивающих достаточную точность искомых параметров с применением ЭВМ,
Анализ существующих проектов гидроузла машинного водоподъема выполненных проектными организациями РФ показывает, что зачастую принимаемые решения далеки от оптимальных. Таким образом, результаты исследований позволят после их внедрения в практику проектирования оросительных насосных станций получить реальный экономический эффект.
Для получения наибольшего эффекта, от системы подачи воды на орошаемую территорию необходимо проектирование гидротехнического узла машинного водоподъема на более высоком современном уровне с учетом конъюнктуры цен на материалы, оборудование и СМР в сложившихся экономических условиях российской рыночной экономики. Проектированию должно предшествовать проведение комплекса системных оптимизационно-параметрических исследований, требующее разработки новых методических основ на базе минимизации приведенных затрат по всем элементам гидроузла, расположенных на трассе водоподачи. Вместе с тем практически отсутствуют исследования по аналитическому выбору экономически наивыгоднейших па-
раметров элементов гидроузла машинного водоподъема оросительных систем и наиболее рациональных схем расположения их на трассе водоподачи. Поэтому первостепенное значение приобретают вопросы разработки методов расчета оптимальных параметров, позволяющих системно и комплексно определить взаимовлияние различных факторов на их величину и в дальнейшем на выбор наиболее экономичных проектных решений на базе по возможности простых аналитических зависимостей, позволяющих эффективно использовать для этих целей современные ЭВМ.
В свете сказанного для научно-обоснованного решения данной задачи необходимо исследовать и разработать методологию, позволяющую находить оптимальные проектные решения гидроузлов машинного водоподъема с учетом взаимодействия с рынком материалов и электроэнергии.
Работа представляет собой научное обобщение и решение важной задачи технико — экономического обоснования проектных решений по оптимизации основных элементов гидроузла машинного водоподъема оросительных систем.
Целью исследований является повышение эффективности подачи воды на орошение головными насосными станциями в составе гидротехнического узла сооружений машинного водоподъема оросительных систем путем оптимизации определяющих параметров их основных элементов, расположенных на трассе водоподачи, на основе разработки научно обоснованных аналитических зависимостей для их расчета.
В соответствии с поставленной целью в работе были определены и решены следующие задачи исследований:
Теоретически обосновать определение расчетного расхода воды, как основного фактора, влияющего на выбор оптимальных параметров машинного водоподъема в орошаемом земледелии.
Путем теоретических исследований установить аналитические зависимости для расчета оптимального диаметра напорных трубопроводов различных конструкций.
Технико-экономически в комплексе с оптимизацией диаметра напорных трубопроводов обосновать их оптимальное количество ниток и скорости воды в условиях многофакторного влияния исходных данных для проектирования.
Обосновать и разработать рекомендации по расчету оптимального соотношения длин подводящего канала и трассы водоподачи при сложившемся паритете цен на материалы, строительно-монтажные работы и электроэнергию.
Установить влияние различных факторов на величину оптимизируемых параметров машинного водоподъема, провести обследование существующих объектов и дать экономическую оценку внедрения результатов исследований в практику проектирования.
На защиту выносятся следующие научные положения*.
Теоретические предпосылки определения и научного обоснования расчетного расхода воды в напорных трубопроводах гидротехнического узла сооружений машинного водоподъема оросительных систем (ГУСМВОС).
Аналитические зависимости для выбора оптимальных значений диаметра напорных трубопроводов, места расположения головной насосной станции на трассе водоподачи от водоисточника до водовыпускного сооружения, количества ниток напорных трубопроводов с учетом влияния основных факторов, определяющих материальные и энергетические затраты.
Результаты исследований экономической эффективности оптимизации элементов ГУСМВОС.
Научная новизна диссертации заключается в системном подходе к решению проблемы повышения эффективности машинного водоподъема оросительной системы путем комплексной оптимизации элементов гидроузла по трассе водоподачи с разработкой аналитических зависимостей для расчета их
основных параметров, а также анализе и обобщении теоретических положений и закономерностей, в результате которых впервые:
установлены характер и степень влияния конфигурации графиков во-допотребления орошаемой территории на величину расчетного расхода воды и коэффициента использования максимума водоподачи головной насосной станции;
осуществлено теоретическое обобщение и получены аналитические зависимости для расчета оптимального диаметра напорных трубопроводов различных конструкций;
разработаны методические основы и теоретически обоснованы зависимости для определения оптимального количества ниток напорных трубопроводов с учетом конъюнктуры цен на материалы, оборудование и электроэнергию;
решена задача определения основного фактора трассы водоподачи ~ оптимального удаления насосной станции от водоисточника (длины подводящего канала) с учетом влияния условий рыночной экономики;
установлено влияние отклонения основных параметров ГУСМВОС от оптимальных значений в аспекте экономической эффективности результатов исследований, приведенных в диссертации.
Объект исследования: головные насосные станции с комплексом гидротехнических сооружений, расположенных на трассе водоподачи оросительных систем.
Практическая ценность работы. Проведена системная комплексная технико-экономическая оптимизация основных параметров элементов ГУСМВ по трассе водоподачи оросительных систем, позволяющая рекомендовать полученные оптимальные параметры при проектировании в области гидромелиорации.
Определены основные факторы, влияющие на эффективность ГУСМВОС. Даны практические рекомендации в виде расчетных формул и графиков, которые могут быть успешно использованы проектировщиками.
Показано влияние экономических факторов на эффективность систем ма шинного водоподъема с оптимальными параметрами их основных элементов.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием методологии технико-экономических исследований на базе основного критерия оптимизации - приведенных затрат, применением фундаментальных законов гидродинамики и учетом современных условий рыночной экономики, а также апробацией результатов работы в рамках их сходимости с результатами исследований других авторов в данном направлении науки и техники.
Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета в 2002 - 2004 годах, на Межрегиональном совете по науке и технологиям Российской академии наук (отделение проблем машиностроения и процессов управления, Уральское отделение ВАК РФ), г. Екатеринбург, 2003 г.
Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 7 печатных работ, в том числе .
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 155 страницах и состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников 119 (наименований), имеет 30 рисунков, 12 таблиц, 5 приложений.
Анализ существующих методов проектирования и строительства гидротехнических узлов сооружений машинного водоподъема оросительных систем (ГУСМВОС)
Строительство новых объектов, систем и сооружений в комплексе оросительных систем, а также их реконструкцию можно выполнять только после обоснования технической и экономической целесообразности их и рентабельности путем проведения специальных технико — экономических расчетов с учетом современных условий рыночной экономики, сложившихся в России в настоящее время. Выполняя эти технико - экономические расчеты, в конечном счете следует находить такие научно - обоснованные решения задач, которые бы не только максимально удовлетворяли технологическим требованиям эффективной водоподачи и водорегулирования, но и обеспечивали бы наибольший экономический эффект по затратам и прибыли. Обоснованию технико — экономическими расчетами подлежит не только система или узел сооружений в целом, но и отдельные их составляющие. При этом необходимо учитывать все факторы, определяющие капитальные затраты и расходы на эксплуатацию, стоимость и объем воды, подаваемой на орошение, возможность ее реализации водопотребителям, а также затраты, связанные с расходованием энергоносителей. При проведении технико - экономических расчетов необходимо также учитывать естественноисторические условия места расположения системы или сооружения, особые условия места (сейсмичность, транспортные условия, местные материалы и др.), класс сооружения и пр. Проектированию любого объекта должно предшествовать технико — экономическое обоснование его строительства. Технико - экономическое обоснование основано на технико — экономических расчетах, оценивающих целесообразность и рентабельность проектируемых сооружений, комплексов и систем. По результатам этих расчетов принимается решение о строительстве объекта, выбирается вариант технического решения по гидроузлу машинного водоподъема в целом и по отдельным входящим в его состав сооружениям. В отечественной практике водохозяйственного строительства традиционно применяют два вида технико - экономических расчетов [116, .115, 96-98, 49]: общей (абсолютной экономической эффективности), которая определяет рентабельность запроектированного объекта; этот вид расчетов при проектировании гидротехнических узлов сооружений машинного водоподъема оросительных систем практически не используется, так как они являются неотъемлемой частью всей оросительной системы и рассматривать их самостоятельно, представляется нецелесообразным; сравнительной экономической эффективности, который показывает, насколько один вариант технических решений эффективнее другого. По утверждению В.В. Рычагова, В.Ф. Чебаевского, К.П. Вишневского, В.В. Кондратьева и др. [115, 116, 98], используя метод сравнительной экономической эффективности, основанный на минимуме расчетных затрат, можно выполнить следующие виды расчетов. 1. Выбор водоисточника, места водозабора, трассы машинного водоподъ ема, числа зон качания и количества насосных станций на орошаемом массиве. Эти расчеты, выполняемые на самой ранней стадии проектиро вания, являются основой дальнейшего проектирования оросительных систем, поскольку именно от них зависит выбор оптимальных парамет ров элементов гидроузлов машинного водоподъема, входящих в массив в целом. При этом технические решения оптимизируемых элементов принимаются на основе учета объема капиталовложений, трудоемкости строительства, надежности и удобства эксплуатации. Наиболее сложным и важным являются задачи по выбору водоисточника и трассы водоподачи. 2. Определение места расположения здания насосной станции на трассе водоподачи от водоисточника до водовыпускного сооружения. Цель этих расчетов - найти оптимальную длину наиболее дорогостоящих сооружений - напорных трубопроводов и подводящих каналов. 3. Обоснование компоновки гидротехнического узла сооружений при выборе способа сопряжения здания насосной станции с водозаборным сооружением - раздельная или совмещенная компоновка.
При раздельной компоновке существенно сокращается объем аванкамеры, но увеличивается объем земляных и бетонных работ, связанных с сооружением отдельно стоящего берегового колодца и увеличением длины подводящих трубопроводов. 4. Технико - экономическое обоснование количества и типа основных насосных агрегатов, в том числе резервных. Этот вид расчетов наиболее распространен при проектировании мелиоративных насосных станций, т.к. на расчетные параметры могут выбраны, как правило, два — три варианта основного оборудования При этом аналитический подход с разработкой расчетных формул и программ для ЭВМ в этой части комплексной оптимизации если не возможен вообще, то весьма затруднен в связи со сложностями, возникающими при подборе зависимостей для капиталовложений и эксплуатационных расходов по рассматриваемым вариантам. Здесь вероятнее всего наиболее приемлемым является традиционный метод вариантных расчетов, как это предлагают К.П. Вишневский, Н.Н. Накладов, А.А. Третьяков и др. [109]. 5. Обоснование необходимости освоения новых видов оборудования, материалов и конструкций. 6. Обоснование материала, способа прокладки и диаметра труб напорных, всасывающих, сифонных и самотечных трубопроводов. 7. Определение оптимальных размеров и конструктивных решений по основным и вспомогательным сооружениям.
Подбор и анализ аналитических зависимостей водоподачи орошаемой территории, подвешенной к головной насосной станции, от времени полива
Как указывалось выше, при обосновании оптимальных параметров различных элементов гидротехнического узла машинного водоподъема оросительных систем одним из основополагающих факторов является годовой расход электроэнергии, затрачиваемой на подачу воды с требуемым напором и расходом на орошаемую территорию (в отводящий магистральный канал). При исследованиях, связанных с оптимизацией количества ниток, диаметра и протяженности напорных трубопроводов необходимо знать расчетный расход воды за время ее подачи в течение суммы времени всех оросительных периодов Т=т;, от которого в первую очередь зависят параметры оптимизируемых элементов оросительного гидроузла. Очевидно, расчетный расход воды Qp составляет: где Qj - подача воды насосной станцией в і-ом орошаемом периоде, м /с; ти - продолжительность начального (весеннего) оросительного периода, тк - продолжительность конечного (осеннего) оросительного периода, сут; W - объем воды, поступившей на орошаемую территорию за время Т (го-довой объем воды), м . Графики водоподачи оросительных насосных станций имеют ступенчатый характер при большом количестве относительно не продолжительных оросительных периодов Tj (2.1). Имеющийся на вооружении проектировщиков существующий метод определения расчетного расхода воды Qp основанный на среднекубическом его значении в напорных трубопроводах [12, 23, 26, 39, 49, 85, 96-98, 103, 104, 106, 116, 115,], которое определяется по формуле (2.1) не в полной мере отражает закономерности подачи воды и имеет на наш взгляд определенные недостатки.
Расчет Qp по известному традиционному методу, во-первых, недостаточно теоретически обоснован с точки зрения математического подхода к зависимости 0=3 ) и, во-вторых чрезвычайно не удобен для проведения расчетов на ЭВМ, т.к. помимо основной программы метод требует дополнительного составления подпрограмм, усложняющих и делающих громоздкими расчетные операции.
С этой точки зрения представляется целесообразной замена ступенчатого графика водоподачи насосной станции на график в виде плавной кривой. Анализ проектов головных насосных станций, выполненных ОАО «Привол-жВодПроект» для оросительных систем в Саратовской области, позволил классифицировать реальные графики водопотребления орошаемых территорий следующим образом: график умеренно выпуклой формы, описываемый уравнением (2.3); график выпуклой формы - (2.4); вогнутой формы (2.5); прямолинейной формы - (2.6). Зависимость Q=f(i) может быть описана в соответствии с конфигурацией графика одним из следующих уравнений: [(2.5)-для симметричного графика водоподачи, когда QH=QK].
При составлении программы для расчета Qp следует из зависимостей (2.3 - 2.6) выбрать ту, которая наилучшим образом описывала бы действительное изменение подачи насосной станции во времени и наиболее точно приближалась по своему очертанию к реальной конфигурации зависимости Q=f(x).
Значения коэффициентов А, В, С в формулах (2.3 -2.6) зависят от конфигурации графика водоподачи насосной станции Q=f(T), формулы для их расчета приведены в таблице 2.1. Значения рассчитанных коэффициентов даны в приложении 1.
Обозначения в таблице 2.1. (см. рис. 2.1): Qmax - максимальная водопо-дача, м /с; QH - водоподача в начальном периоде т„, м /с; QK - водоподача в конечном периоде тк, м3/с; тн - продолжительность начального периода, сут; тк - продолжительность конечного периода, сут; то - продолжительность работы насосной станции от 0 до времени соответствующего Qmax»сут. Разделив оросительный период на девять промежутков рассчитаем ординату графика водоподачи для каждого из них. Расчеты произведены для восьми вариантов исходных данных, т.е. определяли расчетный расход Qp в долях от максимальной водоподачи Qmax.B расчетах приняты следующие исходные данные: тн=0 сут, v=180 сут, т0=90 сут. По полученным результатам построены графики, для всех четырех исходных уравнений (рис.2.2, 2.3, 2.4, 2.5).
Дня проведения расчетов Qp целесообразно представить его, как Qp Qmaw гда V коэффициент использования максимума нагрузки определяемый по предлагаемому нами выражению
Обоснование оптимального количества ниток напорных трубопроводов
Сооружение, подводящее воду к водовыпускному сооружению (напорные трубопроводы), сопрягают насосную станцию с водовыпуском или распределительным трубопроводом закрытой оросительной системы и транспортируют воду, находящуюся под давлением, из мест с пониженными отметками, в места с более высокими отметками. Напорные трубопроводы являются ответственным элементом в узле сооружений мелиоративной насосной станции. Стоимость их иногда превышает стоимость насосной станции с гидромеханическим, электротехническим и вспомогательным оборудованием. В соответствии со СНиП [35,100-102, ] при длине напорных водоводов насосной станции до 100 м число ниток следует принимать, равным числу установленных насосов. Это требование обусловлено тем, что при небольшой их длине затраты на внутристанционные соединительные линии с арматурой зачастую превышают затраты на сооружение напорных трубопроводов при условии n z (z - количество насосов). По мнению А.Т. Манушина число ниток должно быть равным числу центробежных насосов типа Д и ВЦ при длине напорных трубопроводов до 200 м, а осевых типа ОВ или ОПВ - до 300 м [76]. С другой стороны, по рекомендациям [116] к одной нитке предлагается подключать не более трех насосов. Как видно, рекомендации различных источников по количеству ниток напорных трубопроводов значительно расходятся и требуют поэтому научно технического обоснования. Следует заметить, что при использовании осевых насосов типа ОВ или ОПВ [6, 52, 53, 73], имеющих большую подачу, но небольшой (не более 20...22 м) напор, число ниток обычно принимается равным числу насосов, так как в этом случае длина водоводов не превышает 150...250 м, то есть водовыпускное сооружение находится в непосредственной близости к насосной станции, что объясняется ограниченным напором этих насосов, не способным покрыть гидравлические потери на большой длине.
Подключение двух и более насосов ОВ или ОПВ к одной нитке напорных трубопроводов не целесообразно также по причине необходимости применения труб очень большого диаметра (3...3,5 ми более), что не выгодно как с технической, так и с экономической точек зрения. Объединение внутри-станционных коммуникаций осевых насосов на общий трубопровод также затрудняет их пуск [116]. Рекомендации СНиП, [100, 102] противоречивы и не имеют технико-экономического обоснования, так как фактически количество ниток трубопроводов зависит от многих факторов и в первую очередь от величины подачи насосной станции, стоимости сооружения напорных трубопроводов, тарифа на электроэнергию и др. Попытка учесть указанные факторы при оптимизации количества ниток предпринята автором работы [13] Б.И. Боровским, который на основании анализа зависимости приведенных затрат от диаметра труб и количества установленных насосов делает вывод о том, что в настоящее время наименьшие затраты обеспечиваются при одной нитке трубопровода. Такое утверждение представляется спорным. Практика проектирования мелиоративных насосных станций и предварительные расчеты показывают, что в зависимости от подачи насосной станции оптимальное число ниток может составлять 2 и даже 3.
Причем оно никоим образом не зависит от количества установленных насосов, а регламентируется в основном производительностью насосной станции и эффективностью эксплуатации гидротехнического узла машинного водоподъема оросительной системы во многом зависящей от надежности работы ее напорных трубопроводов, на которую влияют многие факторы [7, 35, 60, 78, 89, 90, 93, 101, 102]. Основными из них являются режим работы насосных агрегатов, протяженность трассы напорных трубопроводов и их продольные профили, материал труб и способ их прокладки, схема соединения насосов и трубопроводов, схема расстановки на трубопроводах запорной арматуры и средств защиты трубопроводов от гидравлических ударов. Однако, как показывает опыт эксплуатации, перечисленные меры не исключают возможность появления аварий на линиях водоводов, поэтому возникает необходимость в количественном анализе вероятности их появления и в обосновании дополнительных мер по повышению надежности систем. Одной из причин подобного положения является высокая аварийность труб. Строительство водоводов в одну нитку без дополнительных мер по обеспечению бесперебойности подачи воды малоэффективно. С целью повышения надежности работы водоводов авторами работ [2, 3, 11,15,19,30,33,38,45,55,56,70,77,81,82,99, 107, 111] рекомендуется: 1) временное резервирование путем устройства в конце водовода резервуаров с запасом воды на период ликвидации аварий; 2) общее структурное резервирование в виде группы параллельно уложенных линий водоводов рассчитанных на транспортирование заданных количеств воды; 3) поэлементное резервирование, которое предусматривает использование способности водоводов увеличивать подаваемый ими расход при отключении отдельных участков до допустимых пределов. Временное резервирование имеет ряд недостатков:
Оптимальное соотношение длины подводящего канала и трассы водоподачи
Степень влияния различных факторов (см.рис. 1.1) на величину Xopt показана в приводимых ниже данных, полученных в результате расчетов по разработанным аналитическим зависимостям для реальных условий проектирования и эксплуатации ГУСМВОС применительно к левобережью р. Волга в Саратовской области. Результаты расчета для стальных засыпных трубопроводов D 1600 мм Хот даны в табл.4.3, для остальных труб (см. приложение 4) при следующих принятых осредненных по состоянию на 2004 год исходных данных: стоимость выемки 1м3 грунта 2 категории в отвал - 10 руб, на транспорт - 40 руб (в отвал 20%, на транспорт 80% [117]), при этом Сзем=50 руб/м3; стоимость 1м железобетонной облицовки канала Собл = 300 руб/м ; гравийных дорог, обработанных битумом Сдор=1500 руб/м; тариф на электроэнергию Сэ=1,5 руб/кВтч; амплитуда колебания уровней воды в канале АН бм. Степень влияния основных факторов (QMax, і, І) на х наглядно демонстрируют графики, представленные на рис.4.12,4.13 рассчитанные для вышеперечисленных исходных данных. Уклон местности і является основополагающим фактором, влияющим на длину подводящего канала, особенно при і 0,03...0,04 во всем диапазоне изменения QMax и . При пологом рельефе (i 0,01...0,02) длина подводящего канала составляет значительную долю от общей, особенно для сравнительно коротких трасс =1000... 1500м и менее (рис.4.13). Влияние общей длины трассы водоподачи на х ,т особенно заметно при 2...2,5км. Так при максимальной водоподаче QMax-20 м3/с и уклоне местности 1==0,02 увеличение от 1 до 2км приведет к снижению Хо . от 0,8 до 0,4 (рис. 4.12). Максимальная водоподача достаточно ощутимо влияет на Хо„т лишь при пологом рельефе местности (І 0,01...0,02). При QMax более 25...30 м3/с это влияние незначительно, особенно при і 0,05...0,1. Так при =2км и 1=0,02 увеличение QMax от 10 до 50 м /с приводит к увеличению Хощ. от 0,28 до 0,6, а при 1=0,1 Хощ. изменяется не существенно - в пределах 0. ..0,08.
В помощь проектировщикам, использующим рекомендации настоящей работы нами предложена номограмма для приближенного определения х составленная для указанных выше исходных данных (рис.4,13). Заштрихованные области на номограмме соответствуют значениям критических уклонов іМахКр(Хоігг=0) и іМИнКр(хоітг=1)- При промежуточных значениях QMax, присут-ствующих в номограмме, Хот- с достаточной степенью точности можно определять посредством обычной интерполяции. 1. Проведенные расчеты по Dopb n, , vopt, Xopt и построенные по результатам этих расчетов графические зависимости позволяют судить о том, что основополагающими факторами, оказывающими наибольшее влияние на оптимизируемые параметры, являются: максимальная водоподачи оросительной насосной станции, конструктивные особенности напорных трубопроводов, тариф на электроэнергию, уклон местности по трассе водоподачи. 2. Теоретический анализ степени влияния различных факторов на оптимизируемые параметры элементов ГУСМВОС позволяет судить о том, что при изменении стоимости электроэнергии, максимальной водоподачи и продолжительности работы оросительной насосной станции оптимальный диаметр напорных водоводов изменяется в среднем для всех типов трубопроводов от 800 до 2500 мм. Влияние этих же факторов на оптимальное количество ниток напорных трубопроводов, показало, что при средних значениях Qmax и Сэ оно составляет п=2, при увеличении же водоподачи может достигать Порі=3 Уклон местности і является основным определяющим фактором, влияющим на соотношение длин подводящего канала и всей трассы водоподачи. При і 0,03...0,04 во всем диапазоне изменения QMax и его влияние на Xopt наиболее ощутимо. При пологом рельефе (i 0,01...0,02) оптимальная длина подводящего канала составляет значительную долю от общей длины трассы водоподачи, особенно для сравнительно коротких трасс =1000... 1500м и менее. 3. Полученные табличные и графические результаты расчетов оптимальных параметров элементов ГУСМВОС могут быть использованы в практике проектирования последних и, в первую очередь, в экономических и географических условиях левобережья Среднего и Нижнего Поволжья.
