Надежность транспортирующих систем водоотведения крупных городов

Цель этой статьи состоит в разработке аналитической методики вычисления показателя надежности специфической древовидной транспортирующей сети – системы водоотведения сточных вод крупного города.

Методы. В качестве меры надежности канализационной сети в целом предлагается рассматривать относительный объем сточной воды, сбрасываемой из канализационной сети в окружающую среду вследствие отказов ее элементов. Эта статья представляет простую и удобную методику вычисления этого объема. В основе этой методики лежит представление древовидной канализационной сети в виде комбинации Y-образных фрагментов, названных структурообразующими элементами. Каждый такой элемент формально заменяется его фиктивным эквивалентом с интенсивностью отказов, рассчитываемой из условия равенства объемов неочищенного сброса сточной воды реального и фиктивного элементов. Последовательное применение такого подхода сводит задачу оценки объема сбрасываемых стоков к элементарным подзадачам, решение которых находится методами теории вероятностей.

Результаты. Определение показателя эксплуатационной надежности сводится к рекуррентной пошаговой процедуре эквивалентирования Y-образных фрагментов сети, на каждом шаге которой результаты расчетов на предыдущей стадии используются в качестве исходных данных. Каждый такой шаг, начиная от входов сети, приводит к новой (виртуальной) сети, в отношении которой процедура повторяется. Процесс эквивалентирования заканчивается, когда исходная сеть оказывается представленной всего одним фиктивным элементом, для которого показатель надежности определяется элементарно.

Заключение. Разработана методика расчета показателя эксплуатационной надежности древовидной канализационной сети крупного города, удобная для применения. Перечислены некоторые практические задачи, при решении которых предлагаемая методика была бы продуктивна. Сформулированы направления перспективных исследований в этом направлении.

1. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов: М.: АСВ, 2002. 704 с.

2. Baranov L.A., Ermolin Y.A., Shubinsky I.B. On a Reliability of Tree-Like Transportation Networks // Reliability: Theory & Applications. No. 2(62). Vol. 16. Issue 2021. Pp. 115-123. DOI: https://doi.org/10.24412/1932-2321.1-2021-262-115-123

3. Baranov L.A., Godyaev A.I., Ermolin Y.A., Shubinsky I.B. Reliability of certain class of transportation networks // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2096(1). Issue 1. Id. 012122.

4. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. 524 с.

5. ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2016. IV, 23 с.

6. Ермолин Ю.А., Алексеев М.И. О методологии исследования надежности стареющих элементов и систем водопровода и канализации // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. № 9. С. 2-4.

7. Jin Y., Makherjee A. Modeling blockage failures in sewer systems to support maintenance decision making // Journal of Performance of Constructed Facilities. 2010. № 6. Pp. 622-633.

8. Ермолин Ю.А., Алексеев М.И. Надежность водоотводящих сетей и пути ее повышения // Водоснабжение и санитарная техника. 2012. № 1. С. 13-17.

9. Ермолин Ю.А., Баранов Л.А. Специфика и методологические особенности оценки надежности водоотводящих сетей крупных городов // Водоснабжение и санитарная техника. 2021. № 4. С. 50-53.

10. Ermolin Y.A. Estimation of raw sewage discharge resulting from sewer network failures // Urban Water. 2001. Vol. 3. No. 4. Pp. 271-276.

11. Ермолин Ю.А., Алексеев М.И. Reliability measure of a sewer network // Вода и экология: проблемы и решения. 2018. № 2(74). С. 51-58.

12. Baranov L.A., Ermolin Y.A., Shubinsky I.B. Reliability of a Big City Sewer Network // Reliability: Theory & Applications. No. 4(65). Vol. 16. Issue 2021. Pp. 121-136. DOI: https://doi.org/10.24412/1932-2321-2021-465-121-136

13. Алексеев М.И., Ермолин Ю.А. Использование оценки надежности стареющих канализационных сетей при их реконструкции // Водоснабжение и санитарная техника. 2004. № 6. C. 21-23.

14. Quimpo R.G., Shamsi U.M. Reliability based distribution system maintenance // Journal of Water Resources Planning and Management Division. 1991. № 117. Pp. 321-339.

15. Engelhardt M.O., Skipworth P.J., Savic D.A., et al. Rehabilitation strategies for water distribution networks: a literature review with a UK perspective // Urban Water. 2000. No. 2. Pp. 153-170.

16. Алексеев М.И., Баранов Л.А., Ермолин Ю.А. Приближенная аналитическая оценка показателей надежности стареющих объектов ВКХ // Вода и экология: проблемы и решения. 2019. № 3(79). С. 3-8.

17. Ермолин Ю.А., Алексеев М.И. Учет «старения» объекта при оценке его надежности // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 5. С. 68-71.

18. Baranov L.A., Yermolin Yu.A. Dependability of objects with non-stationary failure rate // Dependability. 2017. No. 4. Pp. 3-9. DOI: 10.21683/1729-2646-2017-17-4-3-9

19. Ermolin Y.A. Reliability calculation under seasonally varying failure rate // ISA Transactions. 2007. Vol. 46. Pp. 127-130.

20. Ermolin Y.A. Stationarization of the seasonally changing failure flow (with reference to reliability problems) // Applied Mathematical Modelling. 2008. Vjl. 32. Issue 10. Pp. 2034-2040.

21. Алексеев М. И., Баранов Л.А., Ермолин Ю.А. Оценка времени жизни объектов ВКХ под воздействием периодически изменяющегося потока отказов. (В порядке обсуждения) // Водоснабжение и санитарная техника. 2017. № 4. С. 50-54.

22. Baranov L.A., Ermolin Y.A. Reliability of systems with periodic piecewise constant failure rate // Russian Electrical Engineering. 2017. No. 9. Vol. 88. Pp. 605-608.

23. Баранов Л.А., Ермолин Ю.А. Оценка показателей надежности «линейно-стареющего» объекта // Надежность. 2015. № 4(55). С. 57-60.