Войти
A Сеть водоснабжения или Система водоснабжения - это система инженерной гидрологической и гидравлические компоненты, обеспечивающие водоснабжение. Система водоснабжения обычно включает:
Сети водоснабжения часто находятся в ведении коммунальных предприятий из водное хозяйство.
Неочищенная вода (необработанная) собирается из источник поверхностных вод (например, водозабор в озеро или река ) или из источника подземных вод (например, водозабор из подземного водоносного горизонта ) в пределах водосбора, обеспечивающего водный ресурс.
Неочищенная вода передается на водоочистные сооружения с использованием непокрытых акведуки, крытые туннели или подземные водопроводные трубы.
Практически все крупные системы должны очищать воду; факт, который строго регулируется глобальными, государственными и федеральными агентствами, такими как Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) или Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Обработка воды должна происходить до того, как продукт попадет к потребителю, и после него (когда он снова будет выгружен). Очистка воды обычно происходит рядом с конечными точками доставки, чтобы снизить затраты на перекачивание и вероятность загрязнения воды после очистки.
Традиционные установки для очистки поверхностных вод обычно состоят из трех этапов: осветление, фильтрация и дезинфекция. Под разъяснением понимается отделение частиц (грязи, органических веществ и т. Д.) От потока воды. Добавление химикатов (например, квасцов, хлорида железа) дестабилизирует заряды частиц и подготавливает их к осветлению за счет осаждения или выплывания из потока воды. Фильтры из песка, антрацита или активированного угля очищают поток воды, удаляя более мелкие твердые частицы. Хотя существуют и другие методы дезинфекции, предпочтительным методом является добавление хлора. Хлор эффективно убивает бактерии и большинство вирусов и поддерживает остаточные количества хлора для защиты водоснабжения через водопроводную сеть.
Несомбинированная городская система водоснабжения в США 
Акведук проекта Центральной Аризоны перекачивает неочищенную воду 
Большая часть (очищенной) воды распределяется по подземным трубам 
Требуется подача воды под давлением между небольшим запасом воды и конечным пользователем Продукт, доставленный к месту потребления, называется питьевой водой, если он соответствует качество воды стандарты, необходимые для потребления человеком.
Вода в водопроводной сети поддерживается под положительным давлением, чтобы обеспечить попадание воды во все части сети, достаточный поток в каждой точке отбора и гарантировать, что неочищенная вода в земле не может попасть в сеть. Вода обычно находится под давлением, перекачивая воду в резервуары для хранения, построенные в самой высокой локальной точке сети. В одной сети может быть несколько таких резервуаров для обслуживания.
. В небольших бытовых системах вода может находиться под давлением с помощью резервуара высокого давления или даже подземной цистерны (последняя, однако требует дополнительной герметизации). Это устраняет необходимость в водонапорной башне или любого другого резерв повышенной воды для подачи давления воды.
Эти системы обычно принадлежат и обслуживаются местными органами власти, например городами или другими государственными образованиями, но иногда эксплуатируются коммерческими предприятиями (см. приватизация водоснабжения ). Сети водоснабжения являются частью генерального планирования сообществ, округов и муниципалитетов. Их планирование и проектирование требует опыта градостроителей и инженеров-строителей, которые должны учитывать множество факторов, таких как местоположение, текущий спрос, будущий рост, утечки, давление, размер трубы, давление. потери, пожаротушение и др. - с использованием анализа трубопроводной сети и других инструментов.
По мере того, как вода проходит через распределительную систему, ее качество может ухудшаться из-за химических реакций и биологических процессов. Коррозия материалов металлических труб в распределительной системе может вызвать выброс металлов в воду с нежелательными эстетическими последствиями и последствиями для здоровья. Утечка железа из железных труб без футеровки может привести к тому, что клиенты сообщат о «красной воде» в кране. Выделение меди из медных труб может привести к сообщениям потребителей о «голубой воде» и / или металлическом привкусе. Выделение свинца может происходить из припоя, используемого для соединения медных труб вместе, или из латунных крепежных элементов. Уровни содержания меди и свинца в кранах потребителя регулируются для защиты здоровья потребителей.
Коммунальные предприятия часто корректируют химический состав воды перед раздачей, чтобы минимизировать ее коррозионную активность. Самая простая регулировка включает регулирование pH и щелочности для получения воды, которая имеет тенденцию пассивировать коррозию за счет осаждения слоя карбоната кальция. Ингибиторы коррозии часто добавляют для уменьшения попадания металлов в воду. Обычными ингибиторами коррозии, добавляемыми в воду, являются фосфаты и силикаты.
Поддержание биологически безопасной питьевой воды - еще одна цель в распределении воды. Обычно дезинфицирующее средство на основе хлора , такое как гипохлорит натрия или монохлорамин, добавляют в воду, когда она покидает очистную установку. Бустерные станции могут быть размещены в распределительной системе, чтобы гарантировать, что все участки распределительной системы имеют адекватные устойчивые уровни дезинфекции.
Как линии электропередач, дороги и микроволновые радиосети, вода системы могут иметь топологию сети петля или ветвь или их комбинацию. Сети трубопроводов бывают круглыми или прямоугольными. Если какая-либо часть водораспределительной магистрали выходит из строя или нуждается в ремонте, эту часть можно изолировать, не нарушая работу всех пользователей сети.
Большинство систем разделено на зоны. Факторы, определяющие протяженность или размер зоны, могут включать гидравлику, системы телеметрии, историю и плотность населения. Иногда системы проектируются для определенной области, а затем модифицируются с учетом развития. Рельеф влияет на гидравлику и некоторые формы телеметрии. Хотя каждая зона может работать как автономная система, обычно существует некоторая договоренность для соединения зон для управления отказами оборудования или системными сбоями.
Сети водоснабжения обычно составляют большую часть активов водоканала. Систематическое документирование работ по техническому обслуживанию с использованием компьютеризированной системы управления техническим обслуживанием (CMMS) является ключом к успешной работе водоканала.
Чистая питьевая вода необходима для жизни человека. Устойчивая городская сеть водоснабжения охватывает все виды деятельности, связанные с обеспечением питьевой водой. Устойчивое развитие приобретает все большее значение для водоснабжения городских территорий. Внедрение инновационных водных технологий в системы водоснабжения улучшает водоснабжение с точки зрения устойчивости. Развитие инновационных водных технологий обеспечивает гибкость системы водоснабжения, создавая фундаментальные и эффективные средства обеспечения устойчивости на основе комплексного подхода реальных вариантов.
Вода является важным естественным ресурс для человеческого существования. Он необходим во всех промышленных и природных процессах, например, он используется для переработки нефти, для жидкостно-жидкостной экстракции в гидрометаллургических процессах, для охлаждения, для очистки черная металлургия, а также для некоторых операций на предприятиях пищевой промышленности.
Требуется новый подход к проектированию городских сетей водоснабжения; ожидается нехватка воды в ближайшие десятилетия, а экологические нормы в отношении использования воды и удаления сточных вод ужесточаются.
Для создания устойчивой сети водоснабжения необходимы новые источники воды и снижение загрязнения окружающей среды.
Цена на воду растет, поэтому необходимо тратить меньше воды и принимать меры для предотвращения утечки из трубопровода. Прекращение работы службы снабжения для устранения утечек все менее и менее терпимо для потребителей. Устойчивая сеть водоснабжения должна контролировать уровень потребления пресной воды и уровень образования сточных вод.
Многие сети городского водоснабжения в развивающихся странах сталкиваются с проблемами, связанными с ростом населения, нехваткой воды и загрязнением окружающей среды..
В 1900 году всего 13% населения мира проживало в городах. К 2005 году 49% мирового населения проживало в городских районах. В 2030 году прогнозируется, что эта статистика вырастет до 60%. Попытки правительства расширить водоснабжение дороги и зачастую недостаточны. Строительство новых незаконных поселений затрудняет картирование и подключение к водопроводу, а также приводит к неадекватному управлению водными ресурсами. В 2002 году было 158 миллионов человек с неадекватным водоснабжением. Все больше людей живут в трущобах, в неадекватных санитарных условиях, и поэтому подвержены риску заболеваний.
Питьевая вода плохо распределена в мире. По данным ВОЗ, 1,8 миллиона смертей ежегодно происходят из-за небезопасного водоснабжения. Многие люди не имеют доступа или не имеют доступа к качественной и количественной питьевой воде, хотя самой воды много. Бедные люди в развивающихся странах могут находиться недалеко от крупных рек или в районах с большим количеством осадков, но при этом вообще не иметь доступа к питьевой воде. Есть также люди, живущие там, где нехватка воды ежегодно уносит миллионы смертей.
Там, где водопровод не может попасть в трущобы, люди умудряются использовать ручные насосы, чтобы добраться до колодцев, рек, каналов, болота и любой другой источник воды. В большинстве случаев качество воды непригодно для потребления человеком. Основная причина нехватки воды - рост спроса. Вода берется из отдаленных районов для удовлетворения потребностей городских территорий. Другой причиной нехватки воды является изменение климата : характер осадков изменился; реки уменьшили свой сток; озера высыхают; и водоносные горизонты опорожняются.
В развивающихся странах многие правительства коррумпированы и бедны, и они реагируют на эти проблемы часто меняющейся политикой и нечеткими соглашениями. Спрос на воду превышает предложение, а бытовое и промышленное водоснабжение имеет приоритет над другими видами использования, что приводит к нехватке воды. Питьевая вода имеет рыночную цену; вода часто становится бизнесом для частных компаний, которые получают прибыль, устанавливая более высокую цену на воду, что создает барьер для людей с низкими доходами. Цели развития тысячелетия предлагают необходимые изменения.
В странах с развитой экономикой проблемы связаны с оптимизацией существующих сетей снабжения. Эти экономики обычно продолжали развиваться, что позволяло им строить инфраструктуру для снабжения людей водой. Европейский Союз разработал набор правил и политик для преодоления ожидаемых будущих проблем.
Есть много международных документов с интересными, но не очень конкретными идеями, поэтому они не претворяются в жизнь. Рекомендации были сделаны ООН, например, Дублинское заявление о воде и устойчивом развитии.
Производительность системы можно измерить либо по его стоимости, либо по чистой прибыли. Для системы водоснабжения истинная ценность или чистая выгода - это надежная служба водоснабжения, имеющая достаточное количество и хорошее качество продукции. Например, если существующее водоснабжение города необходимо расширить для снабжения нового муниципалитета, влияние новой ветви системы должно быть рассчитано на удовлетворение новых потребностей, при сохранении водоснабжения старая система.
Дизайн системы регулируется несколькими критериями, одним из которых является стоимость. Если выгода фиксирована, конструкция с наименьшей стоимостью дает максимальную выгоду. Однако подход с наименьшими затратами обычно приводит к минимальной мощности водопроводной сети. Модель с минимальными затратами обычно ищет решение с наименьшими затратами (в размерах трубы), удовлетворяющее гидравлическим ограничениям, таким как: требуемое давление на выходе, максимальный расход в трубе и скорости потока в трубе. Стоимость зависит от диаметра трубы; поэтому проблема оптимизации состоит в поиске решения с минимальными затратами путем оптимизации размеров труб для обеспечения минимально приемлемой производительности.
Однако, по мнению авторов статьи, озаглавленной «Метод оптимизации проектирования и восстановления систем распределения воды», «наименьшая мощность не является желательным решением для устойчивая сеть водоснабжения в долгосрочной перспективе из-за неопределенности будущего спроса ». Желательно обеспечить дополнительную пропускную способность трубопровода, чтобы справиться с неожиданным ростом спроса и перебоями в подаче воды. Проблема меняется от задачи оптимизации с одной целью (минимизация затрат) к задаче оптимизации с несколькими целями (минимизация затрат и максимизация пропускной способности).
Чтобы решить задачу многокритериальной оптимизации, необходимо преобразовать проблему в задачу оптимизации с одной целью, используя корректировки, такие как взвешенная сумма цели, или метод ε-ограничения. Подход взвешенной суммы придает определенный вес различным целям, а затем учитывает все эти веса, чтобы сформировать единую целевую функцию, которую можно решить с помощью однофакторной оптимизации. Этот метод не является полностью удовлетворительным, потому что веса не могут быть правильно выбраны, поэтому этот подход не может найти оптимальное решение для всех исходных целей.
Второй подход (метод ограничения) выбирает одну из целевых функций в качестве единственной цели, а другие целевые функции обрабатываются как ограничения с ограниченным значением. Однако оптимальное решение зависит от предварительно определенных ограничений.
Многоцелевые задачи оптимизации включают вычисление компромисса между затратами и выгодами, что приводит к набору решений, которые можно использовать для анализа чувствительности и протестировать в разные сценарии. Но не существует единого оптимального решения, которое удовлетворяло бы глобальной оптимальности обеих целей. Поскольку обе цели в некоторой степени противоречат друг другу, невозможно улучшить одну цель, не жертвуя другой. В некоторых случаях необходимо использовать другой подход. (например, Анализ Парето ) и выберите лучшую комбинацию.
Возвращаясь к целевой функции стоимости, она не может нарушить ни одно из операционных ограничений. Обычно в этой стоимости преобладает стоимость энергии для перекачки. «К эксплуатационным ограничениям относятся стандарты обслуживания клиентов, такие как мы: минимальное подаваемое давление в дополнение к физическим ограничениям, таким как максимальный и минимальный уровни воды в резервуарах для хранения, чтобы предотвратить переполнение и опорожнение соответственно. ”
Чтобы оптимизировать эксплуатационные характеристики водопроводной сети, одновременно с минимизацией затрат на электроэнергию, необходимо предсказать последствия различных настроек насоса и клапана на поведение сети.
Помимо линейного и нелинейного программирования, существуют другие методы и подходы к проектированию, управлению и эксплуатации сети водоснабжения для достижения устойчивости - например, принятие соответствующей технологии в сочетании с эффективными стратегиями эксплуатации и обслуживания. Эти стратегии должны включать эффективные модели управления, техническую поддержку домовладельцев и отраслей, устойчивые механизмы финансирования и развитие надежных цепочек поставок. Все эти меры должны обеспечивать: срок службы системы; цикл обслуживания; непрерывность функционирования; простои на ремонт; выход воды и качество воды.
В неустойчивой системе водопроводные сети, особенно в крупных городских районах, обслуживаются недостаточно хорошо. Система изнашивается, а затем требует реабилитации или обновления.
Устойчивое развитие городской водопроводной сети Домовладельцы и очистные сооружения могут сделать водопроводные сети более эффективными и устойчивыми. Значительное улучшение экологической эффективности достигается за счет систематического разделения дождевых и сточных вод. Для утилизации сточных вод можно использовать мембранную технологию.
Муниципальные власти могут разработать «Муниципальную систему повторного использования воды», которая представляет собой современный подход к управлению дождевой водой. Он применяет схему повторного использования воды для очищенных сточных вод в муниципальном масштабе для обеспечения непитьевой воды для промышленных, бытовых и муниципальных нужд. Эта технология заключается в отделении фракции мочи от бытовых сточных вод и ее сбора для повторного использования питательных веществ. Фекалии фекалий и серой воды собираются вместе с органическими отходами из домашних хозяйств с помощью гравитационной канализационной системы, непрерывно промываемой не -Питьевая вода. Вода обрабатывается анаэробно, а биогаз используется для производства энергии.
Устойчивая система водоснабжения представляет собой интегрированную систему, включающую водозабор, использование воды, сброс сточных вод и очистка и вода охрана окружающей среды. Это требует сокращения использования пресной воды и подземных вод во всех секторах потребления. Развитие устойчивых систем водоснабжения - растущая тенденция, потому что она служит долгосрочным интересам людей. Существует несколько способов повторного использования и рециркуляции воды для достижения долгосрочной устойчивости, например:
. Другие возможные подходы к моделям определения объема водоснабжения, применимо к любой городской территории, включает следующее:
Дублинское заявление о воде и устойчивом развитии - хороший пример новой тенденции по преодолению проблем с водоснабжением. В этом заявлении, предложенном странами с развитой экономикой, были сформулированы некоторые принципы, которые имеют большое значение для городского водоснабжения. К ним относятся:
Исходя из этого. В соответствии с заявлениями, разработанными в 1992 году, было разработано несколько политик, направленных на уделение особого внимания водным ресурсам и продвижение управления городской водной системой к устойчивому развитию. Рамочная директива по водным ресурсам Европейской комиссии является хорошим примером того, что было создано там из прежних политик.
Существует большая потребность в более устойчивых системах водоснабжения. Для достижения устойчивости необходимо одновременно учитывать несколько факторов: изменение климата, рост цен на энергию и рост населения. Все эти факторы вызывают изменения и оказывают давление на управление доступными водными ресурсами.
Препятствием на пути преобразования традиционных систем водоснабжения является количество времени, необходимое для достижения преобразования. В частности, трансформация должна осуществляться органами муниципального законодательства, которые также всегда нуждаются в краткосрочных решениях. Еще одним препятствием для достижения устойчивости в системах водоснабжения является недостаточный практический опыт работы с необходимыми технологиями, а также недостающее ноу-хау в организации и процессе перехода.
Возможные способы улучшить эту ситуацию: моделирование сети, реализация пилотных проектов, извлечение уроков из затрат и полученных выгод.
Водный портал 