АПРОБАЦИЯ МЕТОДИК ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ НА ПРИМЕРЕ ПОСЕЛКА НИЗОВЬЕ

VALIDATION OF HYDRAULIC CALCULATION METHODS FOR WATER SUPPLY NETWORKS: A CASE STUDY OF THE SETTLEMENT OF NIZOVYE

Remontova Darya Alexandrovna

Student, Department of Water Supply and Wastewater Disposal, Kaliningrad State Technical University

Russia, Kaliningrad

Plavich Andrey Yuryevich

Academic Supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Kaliningrad State Technical University

Russia, Kaliningrad

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается апробация четырех методик гидравлического расчета наружных водопроводных сетей: метода Ф.А. Шевелева, метода А.Я. Добромыслова, а также нормативных подходов СП 31.13330.2021 (Прил. В) и СП 40-102-2000. В качестве объекта исследования выбрана система водоснабжения поселка Низовье Гурьевского городского округа Калининградской области. Проведен сравнительный анализ результатов расчетов потерь напора. В качестве критерия оценки точности методик предложено использование относительного среднеквадратического отклонения (СКО). Эталонной принята методика СП 31.13330.2021 как наиболее универсальная и нормативно обоснованная. Установлено, что все рассмотренные методики дают сопоставимые результаты, однако различаются по трудоемкости и области применения.

ABSTRACT

The article discusses the approbation of four methods for hydraulic calculation of external water supply networks: the method of F.A. Shevelev, the method of A.Ya. Dobromyslov, as well as regulatory approaches of SP 31.13330.2021 (Appendix B) and SP 40-102-2000. The water supply system of the village of Nizovye, Guryevsky urban district, Kaliningrad region, was chosen as the object of study. A comparative analysis of the results of head loss calculations was carried out. As a criterion for evaluating the accuracy of methods, the use of relative standard deviation (RSD) is proposed. The methodology of SP 31.13330.2021 is adopted as the reference one, as the most universal and normatively justified. It is established that all considered methods give comparable results, but differ in labor intensity and scope.

Ключевые слова: гидравлический расчет; водопроводная сеть; методика Шевелева; методика Добромыслова; СП 31.13330.2021; СП 40-102-2000; апробация; среднеквадратическое отклонение.

Keywords: hydraulic calculation: water supply network; Shevelev method; Dobromyslov method; SP 31.13330.2021; SP 40-102-2000; approbation; standard deviation.

Введение

Одним из ключевых этапов проектирования системы водоснабжения является гидравлический расчёт водопроводных сетей, позволяющий определить диаметры труб, потери напора и обеспечить надёжную подачу воды потребителям. На практике используется несколько методик расчёта, каждая из которых имеет свои особенности, область применения и степень точности.

Целью данного исследования является апробация четырёх распространённых методик гидравлического расчёта на примере системы водоснабжения поселка Низовье Гурьевского городского округа Калининградской области. В работе рассматриваются:

1. Методика Шевелёва.

2. Методика Добромыслова.

3. Расчёт по СП 40-102-2000.

4. Расчёт по СП 31.13330.2021 Прил. В (В.1).

Поселок Низовье расположен в восточной части Калининградской области, в 15 километрах к востоку от города Калининграда. Административно он входит в состав Гурьевского городского округа [9].

Основная часть

1. Трассировка сети и определение расчетных расходов.

Трассировка водопроводной сети заключалась в придании ей определённого геометрического начертания для обеспечения водоснабжения объектов, вытянутых в плане. От скважины вдоль длинной стороны населённого пункта был проложен магистральный трубопровод (7-8-12-9-16-31).

Расчётный секундный расход определялся согласно СП 30.13330.2021. На основании полученных данных (количество потребителей, нормы водопотребления) были вычислены расчётные расходы для каждого участка сети.

2. Сущность рассматриваемых методик.

Методика Шевелёва представляет собой табличный способ гидравлического расчёта. В таблицах приведены зависимости между расходом (Q), диаметром (d), скоростью (v) и гидравлическим уклоном (i). Особенность метода — возможность определения параметров без применения сложных формул, так как все значения сведены в таблицы. В учебной и научной литературе (например, труды ВНИИ ВОДГЕО) доказано, что сами формулы Шевелева имеют собственную погрешность порядка 3 – 5 % по отношению к чистым физическим экспериментам из-за округления коэффициентов шероховатости.

Методика Добромыслова также является табличным способом, схожим с методом Шевелёва, но имеет различия. По таблицам Добромыслова выбирают диаметр, при котором уклон (i) находится в допустимых пределах, вместо выбора диаметра по скорости. При этом также контролируется скорость движения воды.

Расчёт по СП 31.13330.2021 (Прил. В) — это нормативно-формульный подход. При технико-экономических расчетах используют формулу:

,                                                                                               (1)

где q - расчетный расход воды, л/с; d - расчетный внутренний диаметр труб. Значения коэффициента K и показателей степени p и n принимаются согласно таблице В.1 .

Расчёт по СП 40-102-2000 основан на вычислении потерь напора на единицу длины трубопровода с учетом коэффициента гидравлического сопротивления λ. Методика учитывает число Рейнольдса, эквивалентную шероховатость и тип внутреннего покрытия труб.

3. Апробация методик и научный анализ.

В ходе работы были выполнены расчёты по всем четырём методикам. Результаты сведены в таблицу 1.

Таблица 2.

Сравнение результатов расчёта потерь напора (м) на участках сети

Для оценки адекватности методик был применён научный критерий — относительное среднеквадратическое отклонение (СКО). В качестве эталона принята методика СП 31.13330.2021, как наиболее универсальная и нормативно обоснованная. По общепринятой практике в области гидравлических расчётов водопроводных сетей метод считается рабочим, если относительное СКО (или средняя погрешность ключевых параметров) находится в пределах 5–10 %.

Расчёт показал, что максимальное отклонение результатов по методике Шевелёва от эталона не превышает 14,1 % (на коротком участке 11), однако среднее отклонение составляет порядка 5 – 7 %. Это укладывается в допустимый диапазон, но требует внимания при проектировании.

Важное примечание: В классических таблицах Шевелева часто присутствует так называемая «15 % надбавка» к потерям напора на местные сопротивления. В данном сравнительном анализе эта надбавка не применялась (или была приведена к единой логике с другими методами), чтобы обеспечить корректность сопоставления «чистых» гидравлических потерь по длине.

Заключение

В ходе расчётов установлено:

1. Все методики дают сопоставимые результаты, однако различаются по трудоёмкости и области применения;

2. Методика Шевелёва, несмотря на наличие собственной погрешности (3 – 5 % из-за округления коэффициентов шероховатости), является эффективным инструментом для учебных и предварительных расчётов благодаря своей простоте;

3. Методика Добромыслова обеспечивает более точные значения, но менее удобна для массовых расчётов;

4. СП 40-102-2000 показывает хорошие результаты для пластиковых труб;

5. СП 31.13330.2021 является наиболее универсальной и нормативно обоснованной методикой, которую целесообразно использовать в реальном проектировании.

Список литературы:

1. СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02⁠–⁠84*». – Введ. 28.01.2022. – Москва: Минрегион России, 2022. – 121 с.
2. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: Справ. пособие. – 8-е изд., перераб. и доп. – М.: ООО «БАСТЕТ», 2007. – 336 с.
3. Добромыслов А.Я. Таблицы для гидравлических расчетов напорных труб из полимерных материалов. – М.: ТОО «Издательство ВНИИМП», 2004.
4. СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов». – Введ. 16.08.2000. – Москва: Госстрой России, 2000. – 35 с.
5. СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02⁠–⁠84*». – Введ. 01.07.2021. – Москва: Минрегион России, 2021. – 96 с.
6. Наумов В.А. Системы водоснабжения и водоотведения: учебное пособие / В.А. Наумов, Е.Д. Проскурнин. – Калининград: Изд-во ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2015. – 66 с.