Технико-экономическое обоснование стоимости транспортировки сточных вод для ирригационных целей в административном округе Кербела (Ирак)

Введение.

Представлена оценка экономической целесообразности используемых материалов труб для транспортировки очищенных сточных вод. Выбор производился между трубами из следующих материалов: ковкий чугун, стеклопластик GRP, бетон и пластик. С помощью программного обеспечения WaterCAD V8i произведены гидравлические расчеты работы системы подачи и распределения воды на орошение. Рассмотрены два варианта работы системы при различных расходах и диаметрах: расход - 1,16 м3/с, диаметры труб от 800 до 1200 мм; и расход - 4,63 м3/с, диаметры труб от 1600 до 2000 мм.

Материалы и методы.

Источником водоснабжения на орошение являются очищенные сточные воды из очистных сооружений г. Кербела (Ирак). Две гидравлические модели разработаны с учетом указанных расходов. Потери напора оценены для каждой модели исследованных материалов и диаметров труб с помощью программы WaterCAD V8i, а также математической модели для выбора оптимального диаметра.

Результаты.

Технико-экономическое обоснование параметров системы при различных расходах рассчитывалось с учетом эксплуатационных затрат на обслуживание.

Выводы.

Разработана математическая модель для расчета затрат на транспортировку сточных вод для разных диаметров труб из четырех различных материалов. Соотношение стоимости и диаметра труб из различных материалов было установлено путем разработки эмпирического уравнения в степенной форме. Эксплуатационные расходы рассчитываются с учетом переменных диаметров, расхода двух моделей, потери напора из-за трения с использованием уравнений Дарси - Вейсбаха и Хазена - Вильямса, времени работы в год, стоимости электроэнергии в год и энергоэффективности устройства. Получена математическая модель, с помощью которой можно подобрать наиболее оптимальный диаметр труб.

1. Новицкий Н.Н., Михайловский Е.А. Инновационный программный комплекс «ИСИГР» для моделирования режимов работы систем водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 2017. № 12. C. 45-49.

2. Abduro S., Sreenivasu G. Assessments of urban water supply situation of Adama Town, Ethiopia // Journal of Civil Engineering Research. 2020. Vol. 10. Issue 1. Pp. 20-28. DOI: 10.5923/j.jce.20201001.03

3. Rezagama A., Handayani D.S., Zaman B., Putra R.R.S. Design Optimization of water distribution suburban area in Mranggen, Semarang, Indonesia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 448. P. 012066. DOI: 10.1088/1755-1315/448/1/012066

4. Terlumun U.J., Ekwule O.R. Evaluation of municipal water distribution network using watercard and watergems // Journal of Engineering and Sciences. 2019. Vol. 5. Issue 2. Pp. 147-156.

5. Bhaskar S.P., Dr. More Ashok B., Rout A.K., Rajendra G.M. Feasibility analysis of water distribution system for Yavatmal city using WaterGems Software // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2017. Vol. 6. Issue 7. Pp. 13706-13713. DOI: 10.15680/IJIRSET.2017.0607132

6. Achour B., Amara. New formulation of the Darcy-Weisbach friction factor // Larhyss Journal. 2020. Issue 43. Pp. 13-22.

7. Jamil R., Mujeebu M.A. Empirical relation between Hazen-Williams and Darcy-Weisbach equations for cold and hot water flow in plastic pipes // Water. 2019. Vol. 10. Pp. 104-114. DOI: 10.14294/WATER.2019.1

8. Kuok K.K., Chiu P.C., Ting D.C.M. Evaluation of “C” values to head loss and water pressure due to pipe aging: case study of Uni-central Sarawak // Journal of Water Resource and Protection. 2020. Vol. 12. Issue 12. Pp. 1077-1088. DOI: 10.4236/jwarp.2020.1212064

9. Niazkar M., Talebbeydokhti N., Afzali S.H. Relationship between Hazen-William coefficient and Colebrook-White friction factor: Application in water network analysis // European Water. 2017. Vol. 58. Pp. 513-520.

10. Mohsenabadi S.K., Biglari M.R., Moharrampour M. Comparison of explicit relations of darcy friction measurement with colebrook-white equation // Applied mathematics in Engineering, Management and Technology. 2014. Vol. 2. Issue 4. Pp. 570-578.

11. Arunjyoti S., Senapati S.C., Adamala S. A mathematical model for the selection of an economical pipe size in pressurized irrigation systems // African Journal of Agricultural Research. 2016. Vol. 11. Issue 8. Pp. 683-692. DOI: 10.5897/AJAR2015.10648

12. Cafaro V.G., Cafaro D.C., Cerda J. Improving the mathematical formulation for the detailed scheduling of refined products pipelines by accounting for flow rate dependent pumping costs // Iberoamerican Journal of Industrial Engineering. 2013. Vol. 5. Issue 10. Pp. 115-128. DOI: 10.13084/2175-8018.v05n10a09

13. Hashemi S., Filion Y., Speight V., Long A. Effect of pipe size and location on water-main head loss in water distribution systems // Journal of Water Resources Planning and Management. 2020. Vol. 146. Issue 6. P. 06020006. DOI: 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001222

14. Cabrera E., Gómez E., Cabrera Jr.E., Soriano J. Calculating the economic level of friction in pressurized water systems // Water. 2018. Vol. 10. Issue 6. Pp. 763. DOI: 10.3390/w10060763

15. Berhane T.G., Aregaw T.T. Optimization of water distribution system using WaterGEMS: the case of Wukro Town, Ethiopia // Civil and Environmental Research. 2020. Vol. 12. Issue 6. DOI: 10.7176/CER/12-6-01

16. Michalos C. Consequences of under-estimating friction losses in wastewater forcemains // Pipelines 2020. 2020. DOI: 10.1061/9780784483213.002

17. Mahar P.S., Singh R.P. Optimal design of pumping mains considering pump characteristics // Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. 2014. Vol. 5. Issue 1. P. 04013010. DOI: 10.1061/(asce)ps.1949-1204.0000157

18. Asim T., Mishra R., Kollar L.E., Pradhan S.R. Optimal sizing and life-cycle cost modelling of pipelines transporting multi-sized solid-liquid mixtures // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2014. Vol. 113. Pp. 40-48. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2013.11.003

19. Martin-Candilejo A., Santillán D., Iglesias A., Garrote L. Optimization of the design of water distribution systems for variable pumping flow rates // Water. 2020. Vol. 12. Issue 2. P. 359. DOI: 10.3390/w12020359

20. Hany G. Radwan. Sensitivity analysis of head loss equations on the design of improved irrigation on-farm system in egypt // International Journal of Advancements in Research & Technology. 2013. Vol. 2. Issue 1.

21. Frederick S.M. Standard handbook for civil engineers. New York : McGraw Hill, 1983. Pp. 20-22.

22. Micheal A.M. Irrigation theory and practic. New Delhi : Vikas Publishers, 1998. Pp. 279-282.

23. Alamu O.J., Adigun O.J., Durowoju M.O. Computer - aided optimum pipe size selection for non viscous flow // Annals of Engineering Analysis. 2002. Vol. 1. Issue 4. Pp. 30-39.

24. Зуйков А.Л. Гидравлика. Т. 2 : учебник. М. : МГСУ, 2015.

25. Гуринович А.Д., Бойцов В.Г. Методологические подходы анализа состояния и перспектив развития систем водоснабжения городов с использованием информационных технологий // Вестник Брестского государственного технического университета. 2018. № 2. С. 100-104.