Программа предусматривает установку преобразователей частоты на насосном оборудовании, энергоаудит, внедрение системы автоматического контроля и управления насосными станциями с системой передачи данных, мероприятия по повышению эффективности работы насосных станций. Одним из пунктов программы является проведение гидравлического расчета сетей системы водоснабжения.
Программа энергоэффективности в существующем виде отображает весь набор мероприятий, необходимых для повышения энергоэффективности и снижения затрат при эксплуатации централизованной системы водоснабжения. В дальнейшем необходимо продлить действие данной программы, учитывая выполняемый в рамках разработки схемы водоснабжения гидравлический расчет и возможность моделирования поведения сетей водоснабжения при различных режимах работы насосных агрегатов и установках запорной арматуры.
5.6. Предложения по строительству, реконструкции и модернизации линейных объектов и повысительных насосных станций системы водоснабжения
Согласно выданным исходным данным была построена электронная гидравлическая модель системы водоснабжения города Челябинска (магистральные водоводы). Электронная схема сетей водоснабжения и схема сетей водоотведения построена на базе программного комплекса Zulu Hydro.
При распределении водопотребления абонентов города Челябинск за основу взята таблица "Фактическая реализация по районам за 12 месяцев 2012 года". При помощи таблицы "Распределение расхода по подзонам в процентном соотношении", разработанной МУП "ПОВВ" опытным путем, были распределены нагрузки по водопотреблению каждого района от существующих насосных станций.
При расчете был применен коэффициент часовой неравномерности равный 1,3, согласно СП 31.13330.2012.
Коэффициент на местные сопротивления и сопротивления по длине принят 1,15.
Пропускная способность трубопроводов в период эксплуатации снижается вследствие коррозии и образования отложений на трубах. При этом происходит изменение шероховатости трубопровода и его зарастание (уменьшение поперечного сечения). Увеличение шероховатости и зарастание приводит к уменьшению диаметра трубопровода и, как следствие, к увеличению потерь напора. Меньше всего этому явлению подвержены асбоцементные, стеклянные и пластмассовые трубы. Сложность физических, химических и биологических явлений, определяющих изменение шероховатости труб и их зарастание, приводит к необходимости ориентироваться на некоторые средние показатели, которые в первом приближении можно оценить по формуле:
- коэффициент эквивалентной шероховатости для новых труб в начале эксплуатации, мм;
- коэффициент эквивалентной шероховатости через t лет эксплуатации, мм;
- ежегодный прирост абсолютной шероховатости, мм в год, зависящий от физико-химических свойств подаваемой по ним воды.Средняя величина зарастания трубопроводов для города Челябинска принята 
6 мм.
6 мм.При построении гидравлической модели была учтена фактическая работа насосных станций (Таблица 13. "Технические характеристики работы насосных станций при существующем положении и по данным гидравлической модели").
Таблица 13
Технические характеристики работы насосных станций при существующем положении и по данным гидравлической модели
N п/п | Наименование насосной станции | Насосные агрегаты | Фактический расход, куб. м/час | Расход по данным модели, куб. м/час | Напор воды по данным модели на выходе из насосной станции (на всасе), м.в.ст. |
1. | Сосновская | 18000 | 20243,61 | N 1 - 49 | |
N 2 - 52 | |||||
N 3 - 47 | |||||
N 4 - 46 | |||||
N 5 - 46 | |||||
N 6 - 47 | |||||
N 7 - 42 | |||||
2. | III подъем | Д4000-95 | 10200 | 10415,13 | 47,7 (15) |
24НДС | |||||
5 резервных | |||||
3. | Западная | Д3200-75 | 4747 - 7130 | 2639,62 | Верхняя зона - 66,4 |
Д3200-75 | Нижняя зона - 49,6 (29,6) | ||||
Д3200-75 | |||||
Д3200-75 | |||||
5 резервных | |||||
4. | Южная | Д2500-62 | 4500 - 6500 | 3341,12 | Сеть - 46,7 Dy = 700 - 30,8 |
Д2500-62 | |||||
4 резервных | |||||
5. | Восточная | Д1250-65 | 2120 | 2303,95 | 36,7 |
Д1250-65 | |||||
Д1250-65 | |||||
5 резервных | |||||
6. | Северо-Восточная | 300Д-70 | 1200 - 1600 | 559,44 | 36,9 |
300Д-70 | |||||
5 резервных | |||||
7. | Северная | Д2500-62 | 1500 - 1600 | 1779,82 | Верхняя зона - 43,7 |
Нижняя зона - 39 | |||||
4 резервных | |||||
8. | ЧМЗ | Д2000-100 | 1950 | 2070,35 | Верхняя зона - 66,8 |
Д2000-100 | Нижняя зона - 40,89 | ||||
7 резервных |
Таблица 14
Распределение скоростей по магистральным водоводам на основании гидравлической модели (без учета существующих потерь)
N водовода | Диаметр, мм | Скорость движения воды, м/с | Расход воды, куб. м/ч | Запас пропускной способности, процент |
1 | 600 | 0,6 | 586,05 | 54 |
2 | 900 | 0,93 | 2081,9 | 23 |
3 | 900 | 0,7 | 1558,89 | 43 |
4 | 1000 | 0,55 | 1496,64 | 54 |
5 | 1200 | 0,87 | 3469,3 | 26 |
6 | 1200 | 0,86 | 3453,39 | 26 |
7 | 1400 | 0,67 | 3638,03 | 42 |
Запас пропускной способности рассчитан при условии скорости течения воды в водоводах 1,2 м/с, при этом учитываются потери по длине и потери на местные сопротивления.
1,2 м/с, при этом учитываются потери по длине и потери на местные сопротивления.При построении гидравлической модели напоры на всасе в насосные приведены к существующему положению. Для этого были учтены утечки воды на сетях водопровода, которые приводят к дополнительным потерям напора, фактическое состояние водопроводных сетей (зарастание, шероховатость, дефекты, возникшие в процессе эксплуатации).
По результатам расчетов видно:
1) средние скорости на магистральных водоводах при расчете по идеальной модели составляют 0,3 - 1,0 м/с. Существует запас пропускной способности трубопроводов. Фактически подача воды до потребителей недостаточная. Водоводы имеют значительный износ, при увеличении расхода и напора воды в трубопроводах, а также при переключениях при аварии (гидравлический удар), возможно разрушение целостности трубопровода;
2) низкие средние скорости приводят к созданию условий для дальнейшего загрязнения воды питьевого качества, транспортируемой по ним;
3) повысительные насосные станции "Южная", "Восточная", "Северо-Восточная", "Северная", "ЧМЗ" работают на 30 - 50 % от мощности насосных агрегатов;
4) при устранении утечек на магистральных трубопроводах и улучшении гидравлических характеристик давление перед входом в существующие насосные станции "Южная", "Восточная", "Северо-Восточная", "Северная", "ЧМЗ" будет приближено к давлению, необходимому потребителям, запитанным от данных насосных станций. Таким образом, необходимо реконструировать насосные станции с уменьшение мощности оборудования.
При расчете электронной модели схемы водоснабжения города Челябинска с учетом перспективы развития сетей водоснабжения до 2024 года выявлены следующие основные направления развития:
1) необходимость вывода из эксплуатации водовода N 1 (Dy = 600 мм) и N 2 (Dy = 900 мм) в связи с высоким износом трубопроводов;
2) необходимость модернизации магистральных водоводов от насосной станции первого подъема до насосной станции третьего подъема (N 3, 4, 5) и до насосной станции "Западная" (N 6, 7) для увеличения пропускной способности трубопроводов в связи с планируемой перспективной застройкой;
3) строительство перемычки Dy = 300/500 мм между водоводами N 6 и N 7 и водоводом Dy = 700 мм по ул. Салавата Юлаева в Калининском районе.
Выполнить модернизацию с увеличением диаметров:
1. водовода N 4 Dy = 1000 мм от насосной станции третьего подъема до ул. Новороссийская;
2. водовода N 9 Dy = 500 мм в Ленинском районе;
3. водовода N 3 Dy = 900 мм от насосной станции третьего подъема до ул. Курчатова;
4. водоводов 2 x Dy = 800 мм по ул. Мастеровая - ул. Радонежская в Курчатовском районе;
5. водовода Dy = 500 мм вдоль Свердловского тракта от насосной станции "Северная" до насосной станции "ЧМЗ-1".
В связи с критическим состоянием, исходя из сроков службы всех главных водоводов, вывод водоводов из эксплуатации требуется производить с предварительным проведением реконструкции остальных трубопроводов.
Так как вывод из эксплуатации, согласно проведенным расчетам, водоводов N 1 и 2 не несет серьезного риска для подачи воды (увеличение нагрузки на оставшиеся водоводы находится в допустимых рамках и не может привести к аварийным ситуациям), предлагается начать реконструкцию главных водоводов с реконструкции водовода N 2 (Dy = 900 мм), проложив по его трассе трубопровод из современных материалов с сохранением диаметра (или его увеличением в зависимости от планов по дальнейшей эксплуатации и реконструкции остальных водоводов). Реконструкция по трассе водовода N 2, не находящегося непосредственно на береговой линии единственного водоисточника Шершневского водохранилища, к качеству воды в котором также есть нарекания, не повлечет значительного воздействия на водоем (дополнительные мероприятия необходимо предусмотреть для всего комплекса работ по реконструкции главных водоводов).
5.7. Мероприятия по улучшению качества воды в источнике
В схеме предложены следующие мероприятия по предотвращению ухудшения качества воды источника в районе водозабора, а именно:
1. Разработка проекта и реализация мероприятий по организации зон санитарной охраны источника водоснабжения, что повысит экологическую безопасность водного объекта.
2. Проведение работ по очистке ложа Шершневского водохранилища от донных отложений (объем отложений - 169215 куб. м, толщина слоя - 1 - 2 м). Данное мероприятие обеспечивает:
1) экологическое равновесие источника водоснабжения. Донные отложения генерируют токсичные вещества, в плотном осадке содержится сера, фосфориды, металлы, концентрации которых превышают предельно допустимые нормы;
2) исключение опасности попадания осадка в водозаборы и сбоя технологических процессов подготовки воды.
2. Сооружение дамб для защиты водозабора от возможного аварийного пролива нефтепродуктов и других опасных и токсичных грузов, перевозимых по Южно-Уральской железной дороге. Протяженность участка строительства защитной дамбы 1000 м.
1000 м.На сегодняшний день проводятся мероприятия согласно "Плану водохозяйственных и водоохранных мероприятий на 2014 - 2018 годы" (том 1 502-ИД Исходные данные, стр. 107).
5.8. Рекомендации по обеспечению мегаполиса вторым источником водоснабжения
Согласно ГОСТ Р 22.6.01-95 "Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Защита систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. Общие требования" система хозяйственно-питьевого водоснабжения города Челябинска, чье население вместе с пригородами составляет более 1,5 млн. человек, должна базироваться не менее чем на двух независимых источниках.
Потенциальным вторым источником признана река Уфа, зарегулированная Долгобродским водохранилищем. В 1996 году Производственным кооперативом "Головной проектный институт Челябинскгражданпроект" разработано технико-экономическое обоснование переброски воды из реки Уфы в реку Миасс. Было начато строительство тракта переброски, но этот проект до сих пор не завершен.