Анализ работы городских канализационных сетей

Аннотация

Представлены результаты анализа базы данных об отказах функционирования канализационных сетей в г. Самаре за последние 9 лет их эксплуатации. С точки зрения надежности самотечные канализационные сети являются наиболее слабым элементом системы водоотведения города. По статистическим данным, причиной 99% отказов функционирования канализационной сети являются засоры. Большая часть засоров (более 97%) происходит на трубопроводах диаметром до 250 мм. При составлении графиков планово-предупредительных работ службам эксплуатации необходимо учитывать сезонность и уделять особое внимание участкам канализационной сети с небольшим диаметром труб. При реконструкции самотечных канализационных трубопроводов диаметром менее 250 мм рекомендуется применять пластмассовые трубы или трубы большего диаметра.

Ключевые слова

надежность , герметичность , канализационная сеть , засор , повреждения

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

В современных условиях при ужесточении штрафных санкций к эксплуатирующим организациям за разлив сточных вод на рельеф местности, возникающий при авариях на канализационных сетях, повышение надежности их функционирования приобретает особую значимость. В СНиП 2.04.03-85 [1] для элементов системы канализации (насосная станция, напорные трубопроводы, дюкеры) приведены конкретные рекомендации по повышению их надежности. В отношении самотечных трубопроводов рекомендации по обеспечению надежности отсутствуют, поскольку самотечную канализационную сеть принято проектировать в одну линию.

Анализ работ [2–6], посвященных вопросу надежности системы канализации, показывает, что для решения этой сложной задачи в первую очередь необходимо осуществить сбор объективных данных о состоянии и причинах нарушения функционирования ее элементов. Для выявления наиболее значимых факторов, оказывающих влияние на надежность работы канализационных сетей, была выполнена статистическая обработка данных о возникновении отказов на сетях, обслуживаемых МП г. Самары «Самараводоканал» за 2002–2010 годы.

На балансе предприятия «Самараводоканал» на конец 2010 г. находилось около 1200 км канализационных сетей, в том числе 6,85% напорных трубопроводов. Общая протяженность внутриквартальных, уличных сетей и коллекторов составляет соответственно 46,53%, 24,95% и 38,52%. Основная часть канализационной системы г. Самары построена из керамических труб. Имеются также сети из других материалов. Основные магистральные коллекторы построены из кирпича (1909–1918 годы) и бетона (с 1940-х годов).

В настоящее время канализационная сеть г. Самары устроена по полной раздельной схеме, хотя изначально была запроектирована и построена как общесплавная. В результате этого в историческом центре города к хозяйственно-бытовой канализации подключено 66 дождеприемников.

Данные о материалах и диаметрах труб в системе хозяйственно-бытовой канализации города представлены на рис. 1.

Имеются два основных вида отказов функционирования самотечных канализационных сетей. Первый – закупорка трубопровода (засор). Второй – нарушение герметичности трубопровода (повреждение) за счет образования трещин и других дефектов, приводящих к нарушениям расчетного режима работы сети. Для напорных трубопроводов характерным видом отказа является нарушение герметичности трубопровода.

Анализ данных за 9 лет эксплуатации показывает, что количество засоров в самотечных трубопроводах превышает общее количество повреждений в напорных и самотечных трубопроводах в 136 раз. На логарифмической диаграмме (рис. 2) показано соотношение количества повреждений и засоров в самотечных канализационных сетях. Для участков трубопроводов с диаметром свыше 400 мм количество повреждений становится сопоставимым с количеством засоров. На трубопроводах с диаметром менее 250 мм доля повреждений составляет менее 1% общего количества отказов самотечной канализационной сети.

На рис. 3 и 4 представлено распределение количества повреждений и засоров для трубопроводов различных типов. Наибольшее количество повреждений наблюдается в трубопроводах с диаметром до 150 мм (рис. 3). В основном повреждениям подвержены самотечные трубопроводы из асбестоцемента. Более 97% общего числа засоров происходит в канализационных сетях диаметром до 250 мм (рис. 4). Более 64% общего числа засоров зафиксировано в сетях из керамических труб. Учитывая неоднородность распределения отказов трубопроводов, целесообразно вычислить удельную величину количества отказов в расчете на 1 км длины.

Для получения обобщенных показателей работы канализационной сети был выполнен расчет средних арифметических значений (за 9 лет) удельного количества отказов на единицу длины трубопровода в течение одного года. Полученные расчетные данные представлены на рис. 5.

Наименьшей устойчивостью к образованию засоров обладают трубопроводы из чугуна, а наименьшей устойчивостью к повреждениям – трубы из асбестоцемента. Трубопроводы диаметром менее 250 мм в наибольшей степени подвержены засорению. Обобщение данных об удельном количестве повреждений на самотечных и напорных канализационных сетях показывает, что этот вид отказов сети – наиболее частое статистическое событие для участков трубопроводов диаметром до 150 мм.

Важным моментом в эксплуатации водопроводно-канализационного хозяйства является смена времени года. Количество повреждений на водопроводных сетях увеличивается весной и осенью. Подтверждением этого является график сезонных колебаний средних арифметических значений повреждений на водопроводных сетях за 9 лет (рис. 6).

На рис. 7 представлены графики сезонных колебаний количества засоров на самотечных канализационных сетях в г. Самаре. Для сопоставления количества повреждений на самотечных и напорных канализационных сетях построены графики средних арифметических значений их сезонных колебаний за 9 лет (рис. 8). Анализ полученных данных позволяет сделать заключение о том, что динамика повреждений напорных и самотечных сетей имеет аналогичный характер в течение года.

На рис. 9 представлены усредненные значения количества засоров и повреждений в самотечных и напорных канализационных сетях. Наибольшее количество засоров и повреждений приходится на весенний и осенний периоды.

Выводы

Самотечные канализационные сети являются наиболее ненадежным элементом городской системы канализации. В первую очередь это обусловлено тем, что они представляют собой разветвленную сеть, не имеющую дублирующих элементов. Статистические данные показывают, что засоры составляют 99% от общего количества отказов функционирования канализационной сети. Большая часть засоров (более 97%) происходит на канализационных сетях диаметром до 250 мм.

Установлено, что одним из существенных факторов, влияющих на надежность функционирования канализационных сетей, являются сезонные процессы. Наибольшее количество отказов в работе самотечных и напорных канализационных сетей в городе Самаре, расположенном в средней полосе России, наблюдается весной и осенью. Весной это связано не только с влиянием температурного режима, но и с поступлением в канализационные сети загрязненных талых вод в период половодья. В осенний период, очевидно, на количество засоров самотечной канализационной сети влияют листопад и сезонные работы по переработке овощей и фруктов в домашнем хозяйстве.

Одним из основных мероприятий по повышению надежности функционирования канализационных сетей является проведение профилактической работы по их промывке. При составлении графиков планово-предупредительного ремонта службам эксплуатации необходимо учитывать сезонность и уделять особое внимание участкам канализационной сети с диаметром труб до 250 мм.

Радикальной мерой по повышению надежности функционирования самотечной канализационной сети является реконструкция участков трубопроводов с диаметрами менее 250 мм. При проведении работ рекомендуется применять пластмассовые трубы или, при обосновании, трубы с бОльшим диаметром.

Список цитируемой литературы

СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. – М., ЦИТП Госстроя СССР, 1986.
Калицун В. И. Гидравлический расчет водоотводящих сетей: Справ. пособие. – М.: Стройиздат, 1988.
Дрозд Г. Я. Надежность канализационных сетей // Водоснабжение и сан. техника. 1995. № 10.
Алексеев М. И., Ермолин Ю. А. Надежность канализационных сетей: цели, задачи и методология исследования // Водоснабжение и сан. техника. 1996. № 10.
Храменков С. В., Орлов В. А., Харькин В. А. Оптимизация восстановления водоотводящих сетей. – М.: Стройиздат, 2002.
Гальперин Е. М., Полуян В. И., Чувилин В. Н. Надежность систем водоснабжения и водоотведения // Водоснабжение и сан. техника. 2006. № 9, ч. 2.