Общие принципы использования ЭВМ при проектировании систем водоотведения

ЭВМ (компьютер) – в общем случае, это устройство для обработки поступающей информации. Обработка информации (или вводимых данных) происходит по программам. В данном случае программа – это последовательность операций, которую должна проделать ЭВМ. Все промежуточные результаты обработки информации (например, вычислений) хранятся в т.н. оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), причем ОЗУ сохраняет данные только при включенном компьютере. Для постоянного хранения и записи программ, данных к ним и результатов используются специальные устройства – например, накопители на магнитных дисках.

Сам процесс обработки информации происходит в микропроцессорах – миниатюрных электронных схемах, которые способны производить вычисления по введенным в ОЗУ программам. В персональных компьютерах (т.е. ЭВМ, предназначенных для одного пользователя), существует один центральный процессор, в больших компьютерах – от одного до нескольких десятков. Скорость современных процессоров достигает сотен миллионов операций в секунду.

Результаты обработки введенных данных визуально отображаются на мониторе (дисплее), и могут быть перенесены на бумагу при помощи принтеров и плоттеров (графопостроителей). Взаимодействие пользователя с ЭВМ происходит, как правило, в форме запросов компьютера о данных и т.п., которые выводятся на экран, и ответных действий пользователя, которые тот производит с помощью клавиатуры и ручного манипулятора мышь.

Поскольку сам компьютер является практически универсальным устройством, то определяющим фактором его применения является загруженная программа. Поэтому использование ЭВМ, в частности, для проектирования систем водоотведения, требует прежде всего наличия определенного набора программных средств. Рассмотрим более конкретно применение некоторых программ на основных этапах проектирования.

I этап – разбивка на бассейны, выбор места для очистных сооружений и насосных станций, трассировка сети. На этой стадии возможно использование геоинформационных систем (ГИС) (например, MapInfo, ArcView, ГеоГраф и др.), которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и отображение на дисплее географически привязанной информации. Однако, например, полномасштабную автоматизированную трассировку сети произвести пока еще невозможно. Это обусловлено отсутствием четкой последовательности выбора трассы сети, или, говорят, что эта задача плохо алгоритмизируется. Т.е. требует обязательного участия человека (прорисовка трассы вручную).

II этап – разбивка на площади стока, определение удельного расхода, сосредоточенных и путевых расходов, наконец, расчетных расходов. На этой стадии можно воспользоваться неспециализированными программами – электронными таблицами. Такие программы предназначены для обработки больших таблиц чисел, в нашем случае, например, длин участков, площадей и расходов. Среди наиболее распространенных – Microsoft Excel, Quattro Pro, SuperCalc и др.

III этап – гидравлический расчет, высотное проектирование сети, расчет сооружений на сети. На этом этапе требуется применение узкоспециализированных программ. Например, на кафедре водоснабжения и водоотведения ВоГТУ для гидравлического расчета бытовой сети разработана программа SEWERAGE. В некоторых случаях возможно, однако, использование и более универсальных программных средств общематематического назначения, например, пакетов MathCad или Mathematica.

IV этап – конструирование сети, построение профилей, разработка строительной, конструкторской документации и смет. На этом этапе возможно использование т.н. систем автоматизированного проектирования (САПР). Они позволяют осуществить конструирование, черчение и подготовку документации для строительства. Среди этих систем лидером является AutoCAD.

Кроме того, на всех этапах проектирования возможно использовать ЭВМ для набора и правки текста в пояснительную часть проекта с помощью т.н. текстовых редакторов (например, Microsoft Word, PageMaker и др). Эти программы используются очень широко и применяются в самых различных областях, где требуется набор текстовых документов.

Итак, в настоящее время не существует единого комплекса программ, специально предназначенных для проектирования систем водоотведения. Чтобы попытаться найти необходимые программы или информацию, следует использовать ЭВМ как средство связи, то есть воспользоваться услугами глобальных компьютерных информационных сетей. Из них самой распространенной является Internet. В этой сети существуют мощные средства поиска необходимой информации (программ, данных, литературы и т.д.).

Если же рассматривать только те стороны проектирования, которые связаны с расчетной частью, то в этом случае, при необходимости, пользователь может и сам программировать.

Принципы расчета бытовой сети на ЭВМ (по программе SEWERAGE)

Эта программа предназначена для гидравлического расчета наружной водоотводящей самотечной сети. Для проведения расчета необходимо ввести данные об участках: отметки начала и конца, длина, расход, тип наполнения, уклон, вид труб, тип сопряжения, номер сопряженного участка и начальную глубину заложения. Имеется возможность автоматического ввода уклона, вида труб, типа сопряжения, номера сопряженного участка и начальной глубины.

В результатах расчета приводятся рассчитанные диаметры, наполнения, скорости и отметки. По полученным результатам строится продольный профиль коллектора.

Общие принципы расчета сети в целом

Прежде всего для каждого участка составляется список предыдущих примыкающих к его началу участков (т.е. участков, конечный номер которых совпадает с начальным номером текущего). Затем происходит расчет всех участков сети в определенной последовательности их номеров. Принцип расположения номеров участков для расчета следующий: все участки перебираются и рассчитываются только те из них, которые, во-первых, не имеют примыкающих участков, или, во-вторых, если все участки, входящие в список примыкающих, уже рассчитаны.

Общие принципы расчета отдельного участка (при автоматическом выборе основных параметров)

1. Расчет начальной глубины:

Рассчитывается минимальное значение глубины H_min, которое выбирается как наибольшее из двух величин:

H₁ = D + 0,7 и H₂ = H_пром – а,

где

• D - диаметр трубопровода, м,
• H_пром - нормативная глубина промерзания, м,
• a – параметр (0,3 или 0,5 м).

Из всех участков, примыкающих к текущему, в качестве сопряженного выбирается тот участок, у которого будет наименьшая конечная отметка шелыги, воды или дна трубы (смотря по типу сопряжения). Если текущий участок – верховой, то начальная глубина принимается равной минимальной Hmin.

Если конечная глубина текущего участка после его расчета будет больше максимальной, то начальная глубина принимается равной минимальной и участок пересчитывается вновь. В этом случае в начале участка предусматривается насосная станция.

Тип сопряжения выбирается в зависимости от соотношения диаметров на сопряженном и текущем участках: при одинаковых диаметрах выбирается сопряжение "по уровням воды", при разных - "по шелыгам".

2. Расчет скорости и наполнения производится по уравнению Н.Н.Павловского (или Н.Ф.Федорова) с приближенным решением уравнения по методу секущих, точность расчета наполнения при этом составляет 0,001.

3. Выбор диаметра и уклона производится при соблюдении следующих правил:

• диаметр должен быть не меньше минимального;
• скорость должна быть не меньше минимальной по СНиП 2.04.03-85;
• наполнение должно быть не больше расчетного по СНиП 2.04.03-85;
• заглубление в конце участка должно быть не меньше минимального, рассчитываемого с учетом глубины промерзания и диаметра трубы;
• при выбранном пользователем учете скоростей в боковых присоединениях уклон текущего участка подбирается таким, чтобы скорость на участке была не меньше наибольшей скорости во всех примыкающих;
• уклон при диаметре меньше 150 мм принимается не менее 0,008, а при 200 мм – не менее 0,007;
• если расход на участке меньше минимального заданного расхода, участок считается нерасчетным: наполнение и скорость не рассчитываются, а диаметр принимается равным минимальному.