Американский Научный Журнал МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ТРУБОПРОВОДАХ

Аннотация. Анализ надежности труб в системах водоснабжения. Характеристика параметров, вызывающих возникновение аварий. Методы описания этих параметров. Решение задачи прогноза состояния труб и уменьшения вероятности аварий. Скачать в формате PDF
American Scientific Journal № ( 32) / 2019 29

МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙ НЫХ СИТУАЦИЙ В ТРУБО ПРОВОДАХ

Зуев Константин Иванович
К.т.н., доцент
Владимирского Государственного Университета имени А.Г. и Н.Г. Столетовых
Романова Любовь Владимировна
Ассистент
Владимирского Государственного Университета имени А.Г. и Н.Г. Столетовых

Zuev Konstantin Ivanovich
Ph. D., associate Professor,
Vladimir Stat e University named after A. G. and N. G. Stoletovs
Romanova Lyubov Vladimirovna
Master Vladimir State University named after A. G. and N. G. Stoletovs

Аннотация . Анализ надежности труб в системах водоснабжения. Характеристика параметров,
вызывающих возникн овение аварий. Методы описания этих параметро в. Решение задачи прогноза
состояния труб и уменьшения вероятности аварий.
Abstract . Reliability analysis of pipe water supply system. Description of parameters that m ay cause
accidents. Methods description of th ese parameters. The solution to the problem of prediction of the pipes and
reduce the likelihood of accidents.
Ключевые слова : надежность системы водоснабжения, нечеткая логика, ГИС -технологии.
Keywords : reliabi lity of the water supply system, fuzzy logic, GIS technology.

Утечки из трубопроводов приносят стране
огромный экономический и экологический ущерб.
Особенно большое количество аварий происходит
в городах в результате утечек воды из изношенных
коммуникаций - канализационных, тепловых и
водопроводных сетей. Из разрушенных
трубопроводов вода прос ачивается в грунт,
повышается уровень грунтовых вод, возникают
провалы и просадки грунта, что ведет к затоплению
фундаментов, и в конечном счете грозит
обрушением зда ний.
Учитывая последствия возникновения
подоб ных аварий в будущем, необходимо уделять
первоочередное внимание разработке прогнозов
возможных мест и последствий аварий для
своевременного ремонта сетей водоснабжения.
В настоящее время вся деятельность компаний
в сфере ЖКХ по отношению к авариям на
тру бопроводах сводится к мониторингу сетей,
ремонту и устранению последствий уже
произош едших чрезвычайных ситуаций.
Прогнозирование еще не произошедших аварий не
производится по причинам:
− отсутствие методов прогнозирования и
определения возможных последствий аварий и
соответствующего программного обеспечения;
− отсутствие полных данных о состоянии
почв, грунтовых вод в обл асти залегания
трубопровода, отсутствие полной документации по
самим трубопроводам;
− недостаточное финансирование сферы
ЖКХ.
В последнее время были созданы
про граммные комплексы для организации
высокопроизводительного процесса ввода
описательной информации по инженерным
коммуникациям. Основными возможностями
данных программных комплексов являются:
− оперативный доступ к описательной
информации по выбранному объекту;
− критериальные запросы;
− моделирование переключений при
плановых ремонтах и аварийных ситуациях;
− поверочные инженерные расчеты.
Однако даже эти программные комплексы не
имеют возможности прогнозирования аварий.
Таким образом, разработка м атематической модели
аварии на подземном трубопроводе и создание
методов прогнозирования аварийных участков се ти
становятся актуальной задачей.
Для визуализации полученных результатов
расчетов функции давления использовался пакет
для математического модели рования и вычислений
MathCad 14. Данные из текстовых файлов
загружались в массивы для дальнейшего
отображения на гр афиках. Через 40 минут после
начала аварии распределение давлений в
рассматриваемой области примет вид (чем
давление больше, тем светлее цвет зоны). Место
нахождения источника загрязнения выделено
жирным цветом. Аварийное место в виде свища в
трубе.

30 American Scientific Journal № ( 32) / 20 19
Рис.1. Моделирование истечения воды из трубы: диаметр трубы – 0,5 м., радиус отверстия – 0,02 м.,
давление воды, вытекающей из отверстия – 1569 60 Па , значение коэффициента фильтрации – 2,5
м/сут.

При моделировании последств ий аварий в
трубопроводах необходимо оценить зону разлива и
глубину проникновения в почву. При определении
глубины проникновения таких жидкостей как вода,
нефть, бензин и др. важно оценить данный процесс
в динамике. При этом необходимо определять
скорость фильтрации жидкости через почву.
Невозможно определить распределение истинных
скоростей жидкости в порах грунта и приходится
ограничиваться рассмотрением их осредненных
харак теристик. Скорость фильтрации тесно связана
с объемной пористостью грунта, что поз воляет
рассматривать протекание жидкости через грунт
как бы заполняющее все пространство, включая
объем самого грунта. Скорость фильтрации можно
рассматривать как непрерывную функцию
координат, определенную в каждой точке. При
анализе места растечения нефт и учитывались типы
почв, расположенных в зоне затопления. Каждому
типу почв соответствует свой коэффициент
фильтрации. Вместо коэффициента фильтрации
использовали коэффициент проницаемости,
который используется при анализе фильтрации
нефти и подземного газ а.

Рис.2. Моделирование растекания нефти.

American Scientific Journal № ( 32) / 2019 31

По полученным ранее данным была созданы
карты, в трехмерном пространстве с учетом
рельефа и проницаемости почв. Для этого были
взяты две карты: карта с рельефом и карта почв с
преобладающим механическим составом почв, в
базу данных которой были внесены рассчитанные
ранее коэффициенты фильтрации. Моделирование
осуществлялось в ArcView GIS . Написаны
скрипты, позволяющий объединить дв е выбранные
темы. Исходными данными для отобр ажен ия
разлива жидкостей являются: карта в трехмерном
пространстве с учетом рельефа и проницаемости
почв, общий объем вытекшей жидкости,
влажность, температура воздуха, средняя глубина
пропитки грунта, время ист ечения жидкости из
поврежденного трубопровода.
Моделирование рассчитываемого объема с
соответствующим расходом нефти по этапам
проводилось с использованием
скорректированного модуля hydro
пространственного анализа ( Spatial Analyst )
ArcView GIS с учетом ге офильтрации грунтов и
рельефа местности. При запо лнении пространства
вокруг места аварии, и, соответственно,
определение площади разлива, учитывается объем
жидкости впитавшейся в грунт. Проделанная
работа позволяет получить площадь загрязненных
земель (для нефти, бензина др.), что позволит
рассчитать сте пень загрязнения компонентов
окружающей природной среды и величину ущерба,
нанесенного окружающей природной среде в
результате данной аварии.
В расчетах использовалась нечеткая логика.
Применение такого род а систем для решения
данной задачи обусловлено сл едующими
причинами:
во-первых, большая часть величин,
используемых при расчетах, в силу различного
рода упрощений, допущенных при выводе формул,
имеют неточный, приблизительный характер,
погрешности величин, определяемых путем
различного рода оперативных и змерений,
достаточно велики;
во-вторых, допущения о постоянстве
отдельных коэффициентов в расчетных формулах
не являются достаточно обоснованными; более
корректным является предположение о возможных
изменени ях этих коэффициентов;
в-третьих, некоторые величины могут быть
неизвестны, и в расчете в этом случае используются
экспертные оценки, которые, естественно,
находятся в некотором интервале и принципиально
нечеткий характер.
Таким образом, следует говорить о расчетах в
условиях, к огда компоненты расчетных формул
заданы не точечными значениями, а
интервальными. Однако простое использование
интервальных оценок недостаточно информативно.
Более интересным является использование
интервалов в совокупности с вероятн остной
оценкой – степен и принадлежности параметров
выбранному интервалу, то есть необходимо
осуществить переход к использованию в расчетах
нечетких чисел.
Применение аппарата нечетких чисел при
расчетах, определяющих величину ущерба при
авариях на нефтепро дуктопроводах, целесооб разно
еще и потому, что они дают не только значения
наиболее благоприятного, но и наиболее
неблагоприятного развития событий. Последнее
позволит хотя бы на стадии предварительной
проработки подготовить мероприятия для
предотвращения наихудшего варианта.

Ли тература
1. Зуев К.И. Использование ГИС -технологий
при моделировании чрезвычайных ситуаций и
промышленных задач водоснабжения,
теплоснабжения. Х МНПК « Фундаментальные и
прикладные исследования, разработка и
применение высоких технологи й в
промышленности ». г. Санкт -Петербург, 2010.
2. Басниев К.С. Нефтегазовая
гидродинамика. - М.: Издательсво МГУ, 2005. –
479 –480с.
3. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные
методы.. М.: Наука, 1989. – 430с.

QUARTZ VARIOMETER

Vladimir V. Lyubimov
Senior researc her
Pushkov institute of terrestrial magnetism, ionosphere
and radio wave propagation (IZMIRAN) of RAS
Moscow, Troitsk, Russia

Abstract. This paper considers a new version of the compact design of the quartz variometer based on quartz
magnetic sensors an d ph otoelectric converter, made on the basis of transistor optopara and based on them magneto -
measuring converter. The proposed design of the two -component quartz magnetic sensors in the practice of quartz
magnetometric instrumentation is carried out for t he f irst time. The two -component sensor is designed for modern
magnetic variation stations, which are used for work in field and expeditionary conditions, as well as for special
research and work.
Keywords: magnetic observatory, quartz magnetic sensors, ma gne tic variation stations, magneto -measuring
converter, magnetic field