Методика установления надежности водохозяйственных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 626.82

Методика установления надежности водохозяйственных систем

М.Н. Сенников

Г.Е. Омарова

Предложена методика установления уровня надежности показателей водохозяйственных систем при эксплуатации и воздействии на них различных факторов, с использованием функций распределения вероятностей.

Надежность водохозяйственных систем (ВС) представляет собой характеристику которую невозможно измерить. Однако ее можно оценить на основании опыта эксплуатации данного или аналогичного объекта с помощью теории надежности, используя методы математической статистики, теории вероятности и теории случайных процессов. [1-5]. Процесс эксплуатации сопровождается постепенным ухудшением значений показателей качества ВС, полученных при их проектировании и строительстве. Поэтому основной особенностью оценки уровня надежности показателей ВС при эксплуатации является необходимость учета факторов физического и морального старения элементов.

Рассмотрим, например, оросительную систему, которая характеризуется площадью подкомандных земель (F, га), максимальной пропускной способностью сооружений и сети (Q, м3/с), коэффициентами полезного действия на всех уровнях (КПД), КЗИ орошаемого массива, стоимостью основных фондов и стоимостью эксплуатационных затрат и т.д. В свою очередь, каждый показатель характеризуется собственным набором переменных и функций, отражающих его пространственные и технологические свойства.

При эксплуатации оросительной системы (ОС) ее составные элементы подвергаются воздействию различных факторов. Влияние этих факторов проявляется в виде отклонений параметров системы от расчетных значений, изменения в течении эксплуатации коэффициента шероховатости, пропускной способности, высоты командования и т.д. Эти отклонения иногда могут быть настолько значительными, что дальнейшая эксплуатация системы становится невозможной. С точки зрения теории надежности отказ наступает в том случае, когда система или составляющие ее элементы перестают удовлетворять предъявляемым требованиям. Для разработки критериев надежности можно использовать функции распределения вероятностей. Для качественной и количественной оценки надежности ВС необходимо иметь данные о безотказности, восстанавливаемости и готовности.

При оценке надежности оросительной системы и ее составляющих элементов важное значение имеет оценка безотказности [2,5]. Для элементов системы, которые не восстанавливаются в течение заданного времени, характеристики надежности системы совпадают с ее характеристиками безотказности. Под безотказностью ОС следует понимать вероятность того, что ее характеристики будут находиться в пределах нормы в течение определенного интервала времени в реальных условиях эксплуатации. Как известно, исправное и неисправное состояние системы являются противоположными событиями, поэтому

P(t)+Q(t)=1,

где: P(t) - безотказность системы;

Q(t) - вероятность отказа системы.

При оценке степени преимущества одной системы перед другими иногда более удобной характеристикой оказывается вероятность отказа. Как уже было отмечено, ОС состоит из комплекса разнообразных, порой чрезвычайно сложных сооружений. Поэтому и мероприятия, повышающие надежность (поддерживающие проектные показатели) до требуемого уровня, весьма многообразны.

Рациональное проектирование заключается в определении технических параметров ОС с учетом надежности эксплуатации. То есть, при прочих равных условиях на данном этапе предпочтение необходимо отдавать простым схемам компоновки ОС, с наименьшим количеством элементов и связей, учитывающим удобством возможности повышения надежности при эксплуатации, так как вероятность отказа (снижение показателей) ОС тем выше, чем больше количество составных элементов. Для достижения высокого уровня надежности при строительстве ОС важно соблюдать рациональный технологический процесс производства и контроль качества на всех уровнях. Одним из решающих факторов при поддержании проектных показателей работы элементов ОС является организация эксплуатации ремонтных работ, обеспечение инструктивными и нормативными документами [1,2].

Так как отказ оросительной системы в конечном звене подачи воды в поливные борозды и полосы наступает при отказе одного из элементов, начиная с водозаборного узла, то оросительную систему следует считать основным соединением элементов. Отказы отдельных элементов являются случайными и не зависят друг от друга, поэтому их можно считать событиями случайными и независимыми. Тогда вероятность безотказности полива (подачи воды растениям) в течение времени t будет равна произведению вероятности безотказной работы составляющих элементов системы (водозаборного узла, магистрального канала и т.д.) в течение того же времени. надежность водохозяйственный оросительный

Таким образом, вероятность безотказной работы комплекса сооружений (оросительной системы) можно записать следующим образом:

Po.c(t)=Pв.c(t) Pм.к(t) Pр.к(t) Pх.к(t) Pу.к(t) Pв.о(t) Pв.б(t) Pр.б(t) Pп.б,

где: Р - безотказной работы отдельных элементов соответственно обозначена: Pв.c - водозаборного сооружения; Pм.к - магистрального канала; Pр.к - распределительного канала; Pх.к - хозяйственного канала; Pу.к - участкового распределительного канала; Pв.о - временного оросителя; Pв.б - выводной борозды; Pр.б - распределительной борозды; Pп.б - поливной борозды и др.

Эта зависимость является общей и позволяет установить вероятность безотказной работы системы до первого отказа при произвольном законе изменения интенсивности отказов во времени. На основе наблюдений можно иметь данные (в виде таблиц, графиков) о распределении времени работы элементов оросительной системы. По этим данным можно установить основные причины снижения надежности элемента (составляющего систему), а по ним - вероятности отклонения от проектных показателей работы для заданного времени t, и рассчитать вероятность безотказной работы оросительной системы в целом.

Таким образом, под состоянием ОС будет подразумеваться уровень ее качества. Оценка состояния ОС проводится с целью выявления боле полного использования всех заложенных в ОС и предусмотренных нормативно-технической документацией (НТД) полезных свойств, а также для сбора необходимой эксплуатационной информации. Качеством ОС является совокупность свойств, обуславливающих ее пригодность для удовлетворения водопользователей в определенном количестве оросительной водой и поддержки орошаемых земель в хорошем мелиоративном состоянии за цикл функционирования системы.

Под элементами ОС подразумевается отдельное гидротехническое сооружение, канал, коллектор, орошаемый участок, лесополоса и т.п. на которые эта система условно разбивается. При оценке уровня надежности ОС все ее элементы считаются неделимыми и рассматриваются как единое целое.

При эксплуатации оросительных систем встречаются задачи, которые на современном уровне развития науки не могут быть получены теоретическим путем, а их решение насущно необходимо [4,5]. К таким задачам относятся проблемы исследования процессов развития нарушений проектных показателей работы ОС и вероятности их реализации на сложных объектах, разрушение которых может привести к большим экономическим, экологическим и социальным ущербам.

В настоящее время ни один из известных методов расчета (детерминированный, вероятностный, статистический и даже экспертный) не дает приемлемого ответа на поставленные вопросы. Причинами этого являются: существенная неполнота исходной информации (о случайных нагрузках и воздействиях, о скрытых дефектах на сооружениях и сети, о недостатках при проектировании, строительстве и эксплуатации и т.д.); невозможность математического моделирования таких процессов на оросительных системах, из-за недостатков знаний о закономерностях развития таких процессов. Это обстоятельство требует на основе обработки большого количества данных [1,3] разработки классификации таких процессов.

В данном разделе предложены методологические основы решения задач по определению возможных процессов развития нарушений проектных показателей работы ВС и оценке частоты их реализации.

Предлагаемая методика установления уровня надежности показателей ВС позволит решить следующие основные задачи:

· установить проектные (нормативные) показатели технического уровня ВС (как после капитального строительства, так и после комплексной или частичной реконструкции);

· провести диагностику технического состояния всех элементов системы;

· проанализировать отклонение (нарушение) проектных показателей (как при эксплуатации, так и в результате морального износа);

· установить уровень надежности определяющих показателей;

· наметить технические мероприятия по целесообразности ремонта, как отдельных элементов системы, так и реконструкции в целом.

Кроме того, возможно объективное сравнение между собой различных типов, например, оросительных систем, техники полива, отдельных типов элементов оросительной сети, дренажа, средств автоматики, поливной техники и т.п., т.е. универсальность общего подхода позволит широко внедрить данный метод, в практику гидротехнических мелиораций.

Данная методика позволит установить и сформулировать структуру показателей эффективности работ на водохозяйственных системах, а также классифицировать уровень состояния системы и ее элементов.

Литература

1. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Экспертные оценки // - М.: Наука, 1973.

2. Мирцхулава Ц.Е. Надежность гидромелиоративных сооружений. - М.:Колос,1974. - 280с.

3. Бусалаев И.В. Сложные водохозяйственные системы. // Методы моделирования и оптимизации решений. Алма-Ата: Наука, 1980. - 230 с.

4. Сенников М.Н., Исабай С.И. Показатели и характеристики определяющие эффективную эксплуатацию оросительных систем // Материал II Межд. науч. практ. конф.: Актуальные проблемы экологии. 2ч. - Караганда: Изд-во КарГУ, 2003. - С.237-239.

5. Сенников М.Н., Арефьев Н.В. Рекомендации по оценке технического состояния оросительных систем. СПбГТУ и ТарГУ. - Изд-во ТарГУ им. М.Х. Дулати. 2003. - 30 с.

Аннотация

Су ж?йелерін пайдалану барысында олар?а т?рлі факторлар ?сер етеді. Сол кездегі ??рылымдарды? беріктігіні? де?гейін аны?тауды? методикасы ?сыныл?ан.

The offez method establishment ment lavel zeliable exponent watez economy sustems the explotation and inflnence on the utilization jastozs withs junction distzibution in all pzobability.

Размещено на Allbest.ru