Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки

ОНЛАЙН МОДЕЛЮВАННЯ РОЗРАХУНКУ КАНАЛІВ ГІДРАВЛІЧНО НАЙВИГІДНІШОГО ПЕРЕРІЗУ

Юрій Копаниця — 2025-03-30

Питання про визначення глибини рівномірного руху є складовою частиною багатьох гідравлічних розрахунків відкритих русел і різноманітних гідротехнічних споруд. Її необхідно знати при побудові кривих вільної поверхні, визначенні їхньої довжини, дослідженні форм спряження б’єфів.

Для існування рівномірного руху необхідно виконання цілого ряду умов: русло має бути призматичним, шорсткість дна і стінок русла повинні залишатися незмінними, похил дна русла має бути додатним (i > 0) . Незмінною буде і глибина вздовж потоку.

В роботі представлено програму онлайн розрахунку та моделювання параметрів русла трапецеїдального перерізу гідравлічно найвигіднішої форми, яка включає клієнтську й серверну частини. Програму реалізовано за CGI технологією [5-9] на мові PERL за посиланням https://www.k123.org.ua/jeh4.html. Захист доступу до коду програми та фільтрація й аналіз коректного вводу вихідних даних реалізовано за допомогою регулярних виразів. Програму розроблено із урахуванням сучасних вимог до мобільної розробки: мінімізація об’єму коду та компактний формат відображення статичної та динамічної інформації, графічний виведення представлено у векторному форматі SVG.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ МЕТАЛУРГІЙНИХ ДЕФЕКТІВ СТАЛІ ВОДОПРОВІДНИХ ТРУБ НА СПРОТИВ РУЙНУВАННЮ

Валерій Макаренко — 2025-03-30

Низьколеговані будівельні сталі характеризуються недостатньо високими і стабільними корозійно-механічними властивостями, а також спротивом проти втомного руйнування в процесі тривалої експлуатації в агресивних середовищах. Представлені результати експериментальних досліджень впливу металургійних дефектів сталі безперервної розливки на спротив руйнуванню водопровідних труб. Використовувались низьколеговані сталі 08ХМЧА і 06Х1. Проведені дослідження зміни швидкості розповсюдження руйнування, залежності ударної в’язкості по Менаже від рівня робочих напружень, мало циклової втомленості при випробуванні на повітрі та в агресивному середовищі NАСЕ.

Встановлено динаміку поширення магістральних тріщин. Показана закономірність зміни параметрів в’язкості та спротиву втомленої міцності в залежності складу дослідних сталей.

АНАЛІЗ СВІТОВОГО ДОСВІДУ ТА НАУКОВО-МЕТОДИЧНІ ПІДХОДИ ДО ОПТИМІЗАЦІЇ СИСТЕМ ПИТНОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ ТА ВОДОВІДВЕДЕННЯ

Світлана Потапенко — 2025-03-30

У статті проаналізований досвід країн світу з питань: доступу населення до безпечної питної води та водовідведення, впровадження заходів щодо оптимізації систем питного водопостачання та водовідведення, а також закріплення цих заходів у відповідних законодавчих документах. Зроблений екскурс по країнах щодо впровадження та реалізації планів безпечного водопостачання (ПБВ). Висвітлена тема проблем питного водопостачання та водовідведення в країнах, які постраждали від збройних конфліктів та їх вирішення. Описано відомі методичні підходи в сфері питного водопостачання та водовідведення в Україні. Запропоновано нові системні науково-методичні підходи у вигляді проєктів Порядків розроблення схем оптимізації систем централізованого водопостачання та водовідведення, які передбачають: створення комплексних рішень для забезпечення стійкості систем, їх енергоефективності та безпеки; аналіз ризиків, розроблення альтернативних сценаріїв, визначення фінансових моделей і планів впровадження; індикаторні показники реалізації схем оптимізації; створення умов для залучення інвестицій і фінансування від міжнародних донорів. Зроблено порівняльний аналіз існуючих Методичних рекомендацій з розроблення схем оптимізації роботи систем централізованого водопостачання та водовідведення (далі - Методичні рекомендації) і запропонованих проєктів Порядків. За допомогою системного аналізу на прикладі досвіду країн світу вивчена і проаналізована специфіка структурної перебудови науково-методичних підходів до оптимізації систем питного водопостачання та водовідведення.

ВПЛИВ ЗМІН КЛІМАТУ НА ГІДРОЛОГІЧНИЙ РЕЖИМ ВОДОЗБОРУ ТА ЕКОЛОГІЧНУ БЕЗПЕКУ ДНІПРОВСЬКОГО ХВОСТОСХОВИЩА

Леонід Рудаков — 2025-03-30

Наведено опис гідрографічної мережі на території хвостосховища «Дніпровське» (м. Кам’янське, Україна). Висвітлено зміни, що сталися за 150 річну історію на ділянці річки Дніпро між населеними пунктами Кам’янське і Таромське, де на сьогоднішній день у межиріччі Дніпра і Коноплянки на місці похованих річок (Хрещата, Жовтуха, Борзійка) зберігається 12 млн. т. радіоактивних відходів (РАВ). Для оцінки метеорологічних і кліматичних даних використано статистичні методи їх узагальнення та порівняння з даними Довідників по клімату. Встановлено, що за останні 17 років (2005 – 2021 рр.) спостережень середньорічна температура повітря в регіоні за даними опорних метеостанцій підвищилася щонайменше на 2°С. За цей же період збільшилося і випаровування з водної поверхні. Загальна кількість атмосферних опадів за рік у районі дослідження істотно не змінилася. При цьому відмічається нерівномірність і плямистість опадів та більш інтенсивний характер їх проходження (зливи). Добові суми атмосферних опадів по території Дніпропетровської області також мають велику варіативність, навіть для осінньо-зимового періоду, коли спостерігаються обложні опади, які охоплюють значні території. Спостережена особливість щодо відсутності взимку постійного снігового покриву за останні роки, сприяє збільшенню частоти циклів промерзання-відтавання, а влітку за рахунок збільшення інтенсивності і величини зливових дощів глибоке промочування, що негативно впливає на структуру і цільність покривних порід (фосфогіпсу) та захисних дамб хвостосховища РАВ. Інтенсифікація фільтраційних потоків крізь огороджувальні дамби та дно хвостосховища призводить до виносу радіоактивних речовин і підвищує екологічний ризик забруднення поверхневих і підземних вод. Оцінено ймовірні максимальні витрати і об’єми максимальних дощових паводкових вод для організованого їх відведення і недопущення фільтрації в ложе хвостосховища і подальшої міграції до русла річки Дніпро. Запропоновано влаштування протифільтраційного покриття та інженерно-технічних заходів задля поліпшення регулювання зволоженості цієї території та відведення надлишкової води повеней і паводків. Розроблені та обґрунтовані рекомендації з підвищення рівня екологічної безпеки хвостосховища.

ВПЛИВ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ЗВУЖЕННЯ ТРУБИ НА ВТРАТИ НАПОРУ В НАПІРНОМУ КОРОТКОМУ ТРУБОПРОВОДІ

Тарас Сидор — 2025-03-30

Трубопроводи зі звуженнями застосовують у водопостачанні, водовідведенні, вентиляції, енергетиці тощо. Загалом, для напірної гідравлічної системи розімкненого типу за витрати рідини Q = const регулювальна характеристика напору за заходів, необхідних для змінювання втрат енергії в трубопроводі напірної гідравлічної системи, та без них залежить від гідравлічного опору рідини регульованого та нерегульованого відділів трубопроводу. Розглядали короткий трубопровід, в якому рухається вода без змін властивостей, за відсутності впливу на його нерегульований відділ. Регульований відділ являв собою ділянку звуження труби. При цьому зменшення площі поперечного перерізу може бути у вигляді плавного (конфузор) і різкого звуження. Функція регулювання містить співвідношення коефіцієнтів втрат напору для цих місцевих гідравлічних опорів. До того ж, перший з них розглядали з використанням заходів, необхідних для змінювання втрат енергії в трубопроводі напірної гідравлічної системи, а другий без них. Формула для обчислення коефіцієнта втрат напору за своєю структурою відображає лише зміну геометрії труби. Причому для першого випадку коригувальний множник є змінним і залежить від кута звуження конфузора та довжини конфузорної ділянки. Проте, коефіцієнт втрат напору для першого випадку є завжди меншим ніж для другого. Від’ємні значення функції регулювання вказують на зменшення втрат напору на звуженні трубопроводу при використанні вищезазначених заходів, додатні – на збільшення втрат напору. Показано, що зміна геометричних параметрів ділянки звуження напірного трубопроводу напірної гідравлічної системи впливає на втрати напору як у трубопроводі, так загалом і в усій системі.

ДИНАМІКА ЗМІН ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ ВОДИ р. ДНІПРО В МЕЖАХ м. КИЇВ

Павло Старжинський — 2025-03-30

Внаслідок соціально-економічного розвитку суспільства, забезпечення потреб населення якісною питною водою, залишається відкритою проблемою в Україні. Нерівномірність забезпечення території України водними об’єктами, неналежне очищення стічних вод перед скидом у водойми, а також ведення активних бойових дій негативно впливають на стан поверхневих та підземних водних об’єктів. Як наслідок, маємо зменшення кількості джерел для водопостачання, зменшення відсотків централізованого водопостачання в невеликих населених пунктах. Надалі це може призвести до гострого дефіциту питної води в країні. Для Києва основним джерелом водопостачання є річка Дніпро. В даній роботі було проведено дослідження показників концентрації хімічних речовин в р. Дніпро в період з 01.01.2024 по 30.11.2024, в залежності від гідроствору. Проведено оцінку якості води за індексом забрудненості води (ІЗВ) та за узагальненими комплексними гідрохімічними показниками в період з 2017 по 2023 роки. Також, досліджено результати оцінки коефіцієнта самоочисної здатності річки Дніпро в межах міста Київ.

ВПЛИВ ПАРАМЕТРІВ ПРИМЕЖОВОГО ШАРУ НА ГІДРАВЛІЧНІ ОПОРИ У ТРУБОПРОВОДАХ

Олександр Ткачук — 2025-03-30

Встановлено придатність отриманої раніше аналітичної залежності для визначення коефіцієнтів гідравлічного тертя трубопроводів із різними видами та величинами шорсткості, які у широкому діапазоні турбулентних режимів визначаються двома визначальними параметрами: відносною гідравлічною товщиною примежового шару та коефіцієнтом пропорційності турбулентних пульсацій до осереднених швидкостей. При цьому на тип і характер залежності коефіцієнтів гідравлічного тертя від режимів потоку визначальне значення мають величини гідравлічної товщини примежового шару, які змінюються під дією впливових факторів. Показано, що гідравлічна товщина примежового шару залежить від молекулярної в’язкості турбулентного потоку рідини та гідравлічної шорсткості трубопроводів, які своєю чергою залежать від режимів потоку та стану внутрішньої поверхні трубопроводів. Основними впливовими факторами на неї є значення чисел Рейнольдса, коефіцієнтів гідравлічного тертя та гідравлічної шорсткості труб. Враховуючи, що шорсткість стінок труб має різні види (плавна, гостроверха, хвиляста, виробнича залежно від способу виготовлення труб, піщана), величин самих виступів, їхньої форми та способів розташування на стінках труб (рівномірно, із різними типами профілів, нерівномірно по площі, зі значними рідко розташованими виступами різної форми тощо), запропоновано напівемпіричну залежність для визначення відносної гідравлічної товщини примежового шару. ЇЇ валідність підтверджена відповідністю експериментальним даним з визначення коефіцієнтів гідравлічного тертя трубопроводів різних матеріалів, діаметрів і видів шорсткості в широкому діапазоні чисел Рейнольдса (від 4 10³ до 10⁷). На основі обробки експериментальних даних визначено числові значення параметрів для розрахунків відносних гідравлічних товщин примежового шару та коефіцієнтів гідравлічного тертя трубопроводів. Дано оцінку точності розрахунків за спрощеним варіантом запропонованих залежностей.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВЗАЄМОЗВ'ЯЗКУ НАДІЙНОСТІ, РИЗИКІВ І БЕЗПЕКИ СИСТЕМ ВОДООЧИЩЕННЯ

Інга Уряднікова — 2025-03-30

На сьогодні, системи водоочищення на теплоенергетичних виробництвах є невіддільною частиною технологічного процесу, оскільки якість підготовленої води безпосередньо впливає на ефективність роботи котельного та теплообмінного обладнання. Вода, що використовується в теплоенергетиці, повинна відповідати жорстким нормативним вимогам, оскільки навіть незначні відхилення можуть призвести до корозії металевих поверхонь, утворення накипу та зменшення теплообмінної ефективності. З метою дослідження аналізу взаємозв’язку між надійністю, ризиками та безпекою експлуатації водоочисного обладнання теплоенергетичних виробництв, запропоновано розробити математичні моделі для оцінки надійності систем водоочищення на теплоенергетичних виробництвах, що дозволить формалізувати процеси виникнення відмов, їхнього усунення та впливу на стабільність і ефективність роботи водоочисного обладнання. Аналіз отриманих результатів показав, що використання математичних моделей дозволяє не лише кількісно оцінити надійність систем водоочищення на теплоенергетичних виробництвах, а й виявити закономірності, що визначають їхню довговічність, стабільність роботи та рівень безпеки. Розрахунки підтвердили, що існує тісний взаємозв’язок між ймовірністю безвідмовної роботи, інтенсивністю відмов, середнім часом безвідмовної експлуатації та ефективністю функціонування системи загалом. Отримані результати свідчать про те, що значне зниження ризиків аварійних ситуацій може бути досягнуте шляхом підвищення швидкості відновлення обладнання, що безпосередньо впливає на зменшення часу простою, що своєю чергою сприяє підвищенню загальної ефективності роботи системи, зменшенню втрат води та енергоресурсів, а також мінімізації негативного впливу на виробничий процес. Дослідження також підтвердило, що взаємозв’язок між надійністю, ризиками та безпекою системи має суттєвий вплив на її експлуатаційні характеристики. Зокрема, системи з вищим рівнем надійності демонструють меншу ймовірність відмов, що позитивно позначається на загальній ефективності роботи теплоенергетичних підприємств. Запропоновані математичні вирази дозволяють прогнозувати працездатність обладнання за певний проміжок часу, оцінювати вплив змінних параметрів на стійкість системи та приймати обґрунтовані рішення щодо її вдосконалення. Проведений аналіз підтвердив ефективність застосування математичних методів для оцінки надійності та безпеки систем водоочищення.