Реєстраційний номер
0825U003841, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
28-10-2025
Статус
Захищена
Назва роботи
Локалізація прихованих витоків на магістральних водоводах і зонних водопровідних мережах
Здобувач
Боднар Тарас Сергійович,
Керівник Жук Володимир Михайлович
Опонент Ткачук Олександр Андрійович
Опонент Паневник Денис Олександрович
Рецензент Гнатів Роман Маріянович
Рецензент Босак Микола Панасович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний університет "Львівська політехніка"
Опис
У сучасних умовах значної зношеності водопровідних мереж, підвищення вартості водних ресурсів та енергетичних витрат проблема втрат води, зокрема прихованих витоків, набуває критичного значення для забезпечення сталого водопостачання. За даними світової практики, приховані витоки становлять від 10% до 50% від загальних втрат у системах водопостачання залежно від віку та технічного стану трубопроводів. В Україні проблема прихованих витоків особливо актуальна внаслідок старіння інженерної інфраструктури міст, обмежених фінансових ресурсів на модернізацію мереж і недостатнього рівня впровадження сучасних технологій виявлення витоків. Розроблений метод дозволяє за мінімальною кількістю доступних вимірювань тиску та витрат виконати локалізацію місця витоку з високою точністю, що підтверджено чисельним моделюванням та натурними експериментами. Для теоретичного обґрунтування статистично-гідравлічного методу локалізації прихованих витоків води було виконано чисельне моделювання похибок визначення координат місця витоку залежно від основних вхідних параметрів системи, таких як: діаметр трубопроводу, надлишковий тиск у мережі, площа отвору витоку, безрозмірна витрата витоку та відносна координата витоку на ділянці. Важливою особливістю дослідження є врахування ймовірності багатоаварійності ділянок водопровідної мережі. Для оцінки цієї ймовірності була застосована модель незалежних подій Пуассона. За гіпотезами стаціонарності, ординарності аварій та відсутності взаємозалежності подій отримано аналітичні залежності, що дозволяють оцінювати ризик виникнення множинних витоків залежно від питомої аварійності, довжини ділянки та часу, необхідного для ліквідації витоку. Розробка статистично-гідравлічного методу локалізації витоків базувалася на аналізі впливу вхідних гідравлічних параметрів на координату витоку та приведену похибку локалізації. У загальному випадку координата точки витоку Х є функцією 11 розмірних вхідних параметрів: Х = F (z1; z2; p1; p2; γ; L; D; Δe; Q1; Q2; ν). Застосовуючи -теорему Бекінгема, відносну координату X/L можна представити як функцію восьми безрозмірних комплексів: X/L = F (I; Δe/D; ΔQ/Q; Re1; Re2; Eu; ωo/ωтр). На чисельній імітаційній моделі виконано теоретичні дослідження з визначення систематичних приведених похибок статистично-гідравлічного методу залежно від п’яти основних вхідних параметрів: безрозмірної витрати витоку, діаметра трубопроводу, площі отвору, надлишкового тиску на ділянці та відносної координати витоку. Отримані лінії тренду можуть бути рекомендовані для коригувального уточнення очікуваної координати точки витоку. Для кожного параметра побудовано окремі графіки залежностей середніх похибок та стандартних відхилень похибок, що дозволяють здійснювати корекцію очікуваного місця витоку з урахуванням конкретних умов ділянки. Розроблений статистично-гідравлічний метод локалізації витоків води відзначається рядом важливих переваг, що забезпечують його практичну ефективність. Завдяки статистичній обробці пакетів точок вимірювання досягається висока точність визначення координати витоку. Метод дозволяє працювати зі стандартним обладнанням для вимірювання тиску і витрати води, що виключає необхідність проведення допоміжних розкопок для встановлення додаткових вимірювальних пристроїв уздовж трубопроводу. Запропонований статистично-гідравлічний метод реалізовано у вигляді алгоритму в середовищі Microsoft Excel із застосуванням макрокоманд для автоматизації розрахункових процедур. Застосування методу істотно скорочує тривалість пошуку та ліквідації аварій, що позитивно впливає на загальну надійність функціонування водопровідних систем. Для удосконалення прогнозування надійності водопровідних мереж у дисертаційній роботі було побудовано модель оцінки багатоаварійності на основі процесу Пуассона. Була введена оптимізаційна функція Fopt, яка характеризує співвідношення приведеної похибки локалізації витоку до ймовірності виявлення витоку після першого допоміжного розкриття трубопроводу. Це дозволило аналітично обґрунтувати ефективність застосування статистично-гідравлічного методу в порівнянні з класичним методом гідравлічного градієнта. Враховуючи істотний вплив точності визначення коефіцієнтів гідравлічного тертя на похибку статистично-гідравлічного методу, виконано порівняльний аналіз формул для визначення коефіцієнта гідравлічного тертя. Таким чином, дисертаційною роботою вирішено важливу науково-практичну задачу удосконалення методів локалізації прихованих витоків води в напірних водопровідних мережах за рахунок розробки статистично-гідравлічного підходу, що базується на комплексному врахуванні впливу основних гідравлічних параметрів і статистичних властивостей витоків. Отримані результати дослідження сприятимуть підвищенню ефективності роботи водопровідних мереж та забезпеченню сталого розвитку систем централізованого водопостачання в Україні.
Дата реєстрації
2025-10-02
Додано/оновлено в НРАТ
2025-10-02 / 2026-07-01
