ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАЛЬНОГО ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ НАСЕЛЕНИЕМ ГОРОДА ПРИ ПОДАЧЕ ВОДЫ ПО ГРАФИКУ

Найманов А.Я.¹, Гутарова М.Ю.²

¹ORCID: 0000-0002-4500-2865, Доктор технических наук, профессор,

²ORCID: 0000-0002-0867-9738, Соискатель,

ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры»

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАЛЬНОГО ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ НАСЕЛЕНИЕМ ГОРОДА ПРИ ПОДАЧЕ ВОДЫ ПО ГРАФИКУ

Аннотация

В статье приведены исследования фактического водопотребления населением в городе Макеевка при некруглосуточной (по графику) подаче воды. Построены графики статистических функций, выявлен показательный закон дифференциального распределения фактических удельных расходов воды на 1 человека в сутки. Определены средневзвешенные и 20%-ой обеспеченности удельные расходы воды, наблюдается общее снижение водопотребления населением города. Выполнено сравнение с водопотреблением населения города Самара при постоянной подаче воды.

Ключевые слова: удельное водопотребление, некруглосуточная и постоянная подача воды, статистическая обработка данных, гистограммы и графики распределения.

Naimanov A.Ya.¹, Gutarova M.Yu.²

¹ORCID: 0000-0002-4500-2865, PhD in Engineering, Professor,

²ORCID: 0000-0002-0867-9738, External Doctorate Student,

Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture

STUDY OF ACTUAL WATER CONSUMPTION BY THE POPULATION OF THE CITY AT WATER SUPPLY ON THE SCHEDULE

Abstract

The article presents studies of actual water consumption by the population in the city of Makeyevka with non-round-the-clock water supply (according to the schedule). Graphs of statistical functions are built, an illustrative law of the differential distribution of the actual specific water discharge per person per day is revealed. The weighted average and 20% water availability of specific water consumption is determined. General decrease in water consumption by the city population is observed. Comparison is made with the water consumption of the population of the city of Samara with a constant supply of water.

Keywords: per-capita water consumption, non-round-the-clock or constant water supply, statistical data processing, histograms and distribution schedules.

Важная задача системы водоснабжения города – надёжная работа водопроводных сетей. Их эксплуатация находится под влиянием множества неблагоприятных факторов. Одним из таких факторов, ухудшающих санитарное состояние сетей, является подача воды с перерывами, это же влияет и на общее водопотребление населения. Подача воды по графику в г.Макеевка была принята как временная в связи со значительными неплатежами населения за воду, фактически она длится уже почти 20 лет. Накопленный значительный материал дал основания для исследования фактического водопотребления населением в городе при некруглосуточной подаче воды.

Исследования проводились в зданиях основных четырёх видов благоустройства [1], [2], [3]: здания с водопроводом, канализацией и ваннами, с газовыми водонагревателями; здания с водопроводом, канализацией и ваннами, с водонагревателями, работающими на твердом топливе; здания с водопроводом и канализацией, без ванн, с газоснабжением; здания с водопроводом и канализацией, без ванн. Согласно действующих нормативов, утвержденных местным советом города, нормы водопотребления лежат в пределах 150-320 л/сут.чел..Были проведены выборочные приборные измерения фактического водопотребления населением в течение года в исследуемых зданиях, расположенных в разных районах города. Всего было охвачено 406 зданий, с численностью проживающих – 1064 человека. Были определены удельное водопотребление на одного человека в сутки и среднеарифметические значения удельного водопотребления в домах каждого вида благоустройства. Общий расход воды за год составил 29398 м³, а среднее удельное водопотребление колеблется от 60 до 80 л/сут.чел.. Подача питьевой воды осуществляется по графику – с 6.00 до 10.00 и с 18.00 до 22.00 часов. Централизованное горячее водоснабжение отключено в середине 90-х годов одновременно с введением некруглосуточной подачи воды.

На примере исследования фактического водопотребления в зданиях с водопроводом, канализацией и ваннами, с газовыми водонагревателями выполнена проверка гипотезы о том, каким является распределение, проведены ряд предварительных вычислений, определены модальный и медианный интервалы, рассчитаны мода и медиана [4], [5], [6]. Построены графики статистических функций (рис. 1, 2) и получены расчетные модели на основе графических методов анализа данных с помощью программы CurveExpert.

В работу не включались значения удельного водопотребления менее 20 л/сут.чел., поскольку в данных квартирах люди, видимо, не живут постоянно и бывают наездами или подолгу отсутствуют. Кроме того исключена максимальная величина удельного водопотребления.

Всего обследовано 225 частных домовладения (225 квартир) с водопроводом, канализацией и ваннами, с газовыми водонагревателями. С учётом отсеивания минимальных и максимальных значений в обработке участвовали показатели 189 квартир, с численностью проживающих - 494 человека. Модальный интервал: 20-60, с абсолютной частотой 59, М_о = 52,07; медианный интервал: 60-100, с абсолютной частотой 146, М_е = 74,52. Средневзвешенное значение удельного водопотребления составило 91 л/сут.чел. (соответствует обеспеченности 26% (Р=74%)) и 20%-ой обеспеченности удельный расход равен 106 л/сут.чел. (рис. 2).

 

Рис. 1 – График дифференциального распределения удельных расходов воды для зданий с водопроводом, канализацией и ваннами, с газовыми водонагревателями

Рис. 2 – График интегрального распределения удельных расходов воды для зданий с водопроводом, канализацией и ваннами, с газовыми водонагревателями

Судя по графику дифференциального распределения (рис. 1), никакого нормального закона не наблюдается. Скорее – закон показательный, либо, со значительной натяжкой, близок распределению Пуассона. Эти данные противоречат данным [7], [8], [9], что при числе потребителей 100 и более наблюдается нормальный закон распределения максимальных расходов воды. В данном же случае число обследованных квартир составляет 189, а число потребителей 494 человека. Причиной столь значительного сдвига удельного водопотребления к началу координат является, видимо, некруглосуточная подача воды. При этом действуют две противоположные тенденции:

- удельное водопотребление снижается из-за резкого уменьшения утечек при подаче воды в течение 8 часов вместо 24. При этом вода подается в часы максимального водопотребления (6.00 – 10.00 и 17.00 – 21.00), когда утечки и так минимальны;

- удельное водопотребление увеличивается из-за нерациональных сливов запасов воды в квартирах, которые необходимы жителям в часы перерывов в подаче воды.

Данный график приводит к выводу, что первая тенденция имеет наибольшее влияние, т. е. утечки уменьшились, а сливы относительно незначительны. Действует, разумеется, и общая тенденция снижения удельного водопотребления вследствие повышения стоимости воды.

Аналогичные результаты наблюдаются и при исследовании фактического водопотребления населения в зданиях других видов благоустройства. Средневзвешенные и 20%-ой обеспеченности удельные расходы воды оказались равны соответственно: для зданий с водопроводом, канализацией и ваннами, с водонагревателями, работающими на твёрдом топливе 91 и 127 л/сут.чел.; для зданий с водопроводом, канализацией, без ванн, с газоснабжением 68 и 92 л/сут.чел.; для зданий с водопроводом, канализацией, без ванн 69 и 95 л/сут.чел.

Для сравнения удельного водопотребления населения городов с постоянной и некруглосуточной подачей воды были использованы результаты исследования водопотребления населения в г. Самара [10], потому что в этом городе население получает воду постоянно в течение суток. Так как в г. Макеевка подача горячей воды отсутствует, было рассмотрено удельное водопотребление населения одного из районов г. Самара, проживающего в зданиях, оборудованных местными водонагревателями. На рисунке 3 представлены гистограмма и график дифференциального распределения удельных расходов холодной воды в Кировском районе города (аналогичная ситуация в водопотреблении населения наблюдается и в других районах) [10]. На данном рисунке высота столбца h_i определена как отношение f_i/h, где f_i – относительная частота, а h – интервал класса [10, с. 62-63].

Рис. 3 – Гистограмма и график дифференциального распределения удельных расходов холодной воды в Кировском районе г. Самара в жилых зданиях оборудованных водопроводом и канализацией, с ваннами и местными водонагревателями

Как видно из графиков (рис. 3) дифференциальное распределение при постоянной подаче воды является нормальным, а при некруглосуточной подаче (рис. 1) показательным (экспоненциальным). Максимум на графике распределения при некруглосуточной подаче смещается к низким величинам удельного водопотребления.

Кроме того, удельные расходы воды при постоянной подаче значительно выше, чем при некруглосуточной, т.е. 275-375 л/сут.чел. по сравнению со 106 л/сут.чел. в г. Макеевка при 20%-ой обеспеченности. Разница более чем в 2,5 раза. Причиной превышения является, видимо, значительное снижение утечек воды при некруглосуточной подаче, а так же уменьшение нерациональных расходов.

Выводы:

1. В результате статистической обработки величин удельного водопотребления холодной воды в жилом секторе, определенных по показаниям квартирных водомеров, построены графики дифференциального и интегрального распределения в зданиях разной степени благоустройства. Выявлен показательный закон дифференциального распределения фактических удельных расходов воды на 1 человека в сутки, что является отличительной чертой некруглосуточной подачи воды, поскольку при круглосуточной подаче дифференциальное распределение подчиняется нормальному закону.
2. Определены средневзвешенные и 20%-ой обеспеченности удельные расходы воды для зданий четырех типов благоустройства. Расходы колеблются в пределах от 68 до 127 л/сут.чел.
3. Удельные расходы воды в зданиях при некруглосуточной подаче воды оказались, в среднем, на 35-58% ниже, чем для режима круглосуточной подачи воды. Об этом же свидетельствует и сравнение удельного водопотребления в городах Макеевка и Самара.

Список литературы / References

1. СНиП 2.04.01-85. Строительные нормы и правила. Внутренний водопровод и канализация зданий. – Введ. 1986-06-01:– М.: Стройиздат,1985. – 57 с.
2. СП 30.13330.2012. Свод правил. Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*. – Введ. 2013-01-01. – М.: Минрегион России, 2011. – 65 с.
3. ДБН В.2.5-64:2012. Державні будівельні норми. Внутрішній водопровід та каналізація. – Чинні з 2013-03-01. - К.: Мінрегіон України, 2013. - 112 с.
4. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для вузов / В.Е. Гмурман. - 9-е изд., стер. - М.: Высш. шк. , 2003. - 479 с.
5. Баженов Ю.М. Перспективы применения математических методов в технологии сборного железобетона / Ю.М. Баженов, В.А. Вознесенский. - М.: Стройиздат, 1974, 192 с.
6. Хан Г. Статистические модели в инженерных задачах / Г. Хан, С. Шапиро; пер. с англ. Е. Г. Коваленко; под ред. В. В. Налимова - М.: Мир, 1969 395 с.: ил.
7. Исаев В.Н. Анализ методик определения расходов во внутреннем водопроводе / В.Н. Исаев, М.Г. Мхитарян // Санитарная техника. - 2003 г. - №5 – с. 6 - 11.
8. Шопенский Л.А. Исследование режимов работы водопроводов жилых зданий: автореф. дис... канд. техн. Наук / Л.А. Шопенский – М.: НИИ санитарной техники, 1968. – 34 с.
9. Шопенский Л.А. Построение расчетных графиков водопотребления / Л.А. Шопенский, И.П. Юрьева // Санитарная техника. Сб. науч. тр. М.: НИИ санитарной техники, 1970. - Вып. 34. - с. 27 - 32.
10. Черносвитов М. Д. Динамика режимов и величин удельного водопотребления населением города: дис… канд. техн. наук:23.04: защищена 04.07.2011 / Черносвитов Михаил Дмитриевич. - Самара, 2011. - 213 с.

Список литературы на английском языке/ References in English

1. SNiP 2.04.01-85. Stroitel'nye normy i pravila. Vnutrennij vodoprovod i kanalizacija zdanij. [Building regulations. Internal water supply and sewerage of buildings] – Enact. 1986-06-01:– M.: Strojizdat,1985. – 57 p. [in Russian]
2. SP 30.13330.2012. Svod pravil. Vnutrennij vodoprovod i kanalizacija zdanij. Aktualizirovannaja redakcija SNiP 2.04.01-85*. [Code of rules. Internal water supply and sewerage of buildings. Updated version of SNiP 2.04.01-85 *] – Enact. 2013-01-01. – M.: Minregion Rossii, 2011. – 65 p. [in Russian]
3. DBN V.2.5-64:2012. Derzhavnі budіvel'nі normi. Vnutrіshnіj vodoprovіd ta kanalіzacіja. [State building codes. Internal water supply and sewerage] – Valid from 2013-03-01. - K.: Mіnregіon Ukraїni, 2013. - 112 p. [in Ukrainian]
4. Gmurman V.E. Teorija verojatnostej i matematicheskaja statistika: ucheb. posobie dlja vuzov [Theory of Probability and Mathematical Statistics: A Textbook for Universities] / V.E. Gmurman. - 9 edition, Ster. - M.: Vyssh. shk. , 2003. - 479 p. [in Russian]
5. Bazhenov Ju.M. Perspektivy primenenija matematicheskih metodov v tehnologii sbornogo zhelezobetona [Prospects of application of mathematical methods in technology of precast reinforced concrete] / Ju.M. Bazhenov, V.A. Voznesenskij. - M.: Strojizdat, 1974, 192 p. [in Russian]
6. Han G. Statisticheskie modeli v inzhenernyh zadachah [Statistical models in engineering problems] / G. Han, S. Shapiro; transl. from eng. E. G. Kovalenko; edited by V. V. Nalimova - M.: Mir, 1969 395 p.: il. [in Russian]
7. Isaev V.N. Analiz metodik opredelenija rashodov vo vnutrennem vodoprovode [Analysis of methods of determination water consumption in the internal water supply system] / V.N. Isaev, M.G. Mhitarjan // Sanitary engineering. - 2003. - №5 – P. 6 - 11. [in Russian]
8. Shopenskij L.A. Issledovanijae rezhimov raboty vodoprovodov zhilyh zdanij [Research of operating modes of water supply systems of residential buildings]: thesis abstract of PhD in Engineering / L.A. Shopenskij – M.: Research Institute of Sanitary Engineering, 1968. – 34 p. [in Russian]
9. Shopenskij L.A. Postroenie raschetnyh grafikov vodopotreblenija [Construction of calculated water consumption schedules] / L.A. Shopenskij, I.P. Jur'eva // Sanitary engineering. Collection of scientific papers. М.: Research Institute of Sanitary Engineering, 1970. - V. 34. - P. 27 - 32. [in Russian]
10. Chernosvitov M. D. Dinamika rezhimov i velichin udel'nogo vodopotreblenija naseleniem goroda [Dynamics of modes and values of specific water consumption by the city population]: dis… of PhD in Engineering: 05.23.04: defense of the thesis 04.07.2011 / Chernosvitov Mihail Dmitrievich. - Samara, 2011. - 213 p. [in Russian]