клим аширяев
Водопотребление в городах
Город является крупным потребителем воды и источником загрязненных сточных вод. Эффективное использованиеи охрана водных ресурсов водных ресурсов в городе крупная проблема современности. Для ее успешного решения необходимо на первом этапе изучать структуру и режим водопотребления города.
Общее водопотребление в городе состоит из следующих элементов:
бытовое потребление населения в жилом секторе,
потребление общественными, служебными и торговыми заведениями,
потребление промышленными предприятиями на технологические и хозяйственно-питьевые цели,
Публикация «Водопотребление в городах» размещена в разделах
потребление общественными и частными транспортами средствами (мытье машин и т. д. ,
потребление для поливки уличных зеленых насаждений, городских парков, скверов, газонов, цветников, посадок в теплицах, частных садов и огородов и др. ,
потребление для поения и ухода за домашними животными и птицами,
потребление для мытья усовершенствованных покрытий поездов и площадей,
потребление на собственные нужды водопровода и канализации,
потребление для тушения пожаров,
Факторы водопотребления в городах. Размеры этих различных видов водопотребления и их изменения зависят от ряда факторов, наиболее важными из которых являются:
а) природные факторы: температура воздуха, относительная влажность, частота выпадения осадков, инсоляция и облачность.
б) социальные факторы: число постоянных жителей, число служащих в различных учреждениях, размеры и вид промышленной продукции и конструкция зданий, деятельность акимата (административная, культурная, оздоровительная и т. д.) и планировка города, перемещение населения в отношении выездов на дачи, туризма, каникул, отпусков, пути до работы и т. д., ритм жизни и условия труда (смены, начало и конец работы, проведение свободного времени, влияние телевидения, тарифы на воду.
в) технологические факторы: стандарт сантехники в домах, способ подготовки и подачи горячей воды населению, давление в распределительной системе, техническое состояние системы питьевого водоснабжения и бытовых установок, технологическая схема водопроводно-канализационных сооружений, надежность систем водоснабжения и канализации.
Не все из этих факторов оказывают влияние на различные виды потребления, но все они влияют на размер и изменения общего водопотребления в городе. Трудно определить значение каждого фактора в отдельности, поскольку часто наблюдается одновременное воздействие группы факторов в различных района города. Расположение различных видов потребления в городе часто неоднородно и зависит от структуры города.
Анализ суточного водопотребления в крупных городах дает возможность определить различные районы, в которых на размеры и изменение водопотребления оказывают влияние различные группы доминирующих факторов:
а) жилые районы с многоквартирными домами, где значительную роль играют численность населения, рабочее и свободное время, праздники, проведение времени у телевизора, стандарт санитарного оборудования, способ подготовки и подачи горячей воды и состояние бытовых установок (влияющее на размеры потерь воды,
б) административные и культурные районы, служебные и торговые районы, где основную роль играет число, размер и вид общественных учреждений (административные, торговые и др. учреждения, объем работ в учреждениях, обслуживающих и торговых заведениях, состояние бытовых установок,
в) жилые районы с отдельными домами, где помимо факторов, указанных в пункте (а, важную роль играет температура воздуха, количество осадков,
г) промышленные районы, где основными факторами являются размер и тип промышленных предприятий, объем работ, периоды выпуска продукции, тарифы на воду, способ водоснабжения промышленных предприятий, температура воздуха,
д) парки и сельскохозяйственные районы, где основными факторами являются тип выращиваемых культур, тип и размер ферм, температура воздуха, количество осадков,
е) районы, используемые для отдыха и оздоровительных целей (например, урочище Медео, Первомайские озера и др., где основными факторами являются число приезжих, температура воздуха, воздействие солнечных лучей и облачность, состояние сантехнических установок в заведениях для отдыха.
Во всех вышеперечисленных районах важное значение имеют такие факторы, как давление воды, состояние системы питьевого водоснабжения, максимальная производительность водопроводных установок и надежность системы водоснабжения.
Изменения водопотребления. Водопотребление различных групп потребителей, их совокупностей (секторов) и в целом города, в связи с изменениями отдельных обусловливающих факторов, непостоянно и изменяется во времени. Эти изменения имеют два направления: а) изменения различных циклов (суточного, недельного и сезонного) и б) увеличение годового объема водопотребления (многолетнего) в результате развития города, улучшения степени санитарно-технического благоустройства жилых зданий, увеличения площадей озеленения, повышения уровня жизни населения и т. д. Факторы, влияющие на водопотребление возникают произвольно или в результате запланированной деятельности людей. Произвольно возникающие факторы (неконтролируемые) принадлежат преимущественно к первой группе (а, а факторы, возникающие в результате деятельности человека (контролируемые) – к группе технологических факторов (в). Следует заметить, что совпадение факторов, возникших в результате деятельности человека, и случайно возникших факторов не способствует объяснению колебаний водопотребления. Напротив, здесь еще труднее уловить направления изменений, чем в случае с такими типичными явлениями, как ливень или наводнение.
Сезонные колебания водопотребления. Водопотребление в течение года непостоянно. На него влияют такие факторы, выезды населения на каникулы и в отпуска, сезонный характер некоторых промышленных отраслей, и кроме всего этого, цикличные изменения метеорологических условий различных сезонов года и, связанные с ними расходы воды на поливку зеленых насаждений и уличных мостовых в летний период. Следует отметить, что в зависимости от типа города, эти факторы могут нейтрализовать друг друга, что обусловливается выравнивание сезонных изменений в водопотреблении, или же эти факторы могут усиливать друг друга, что резко увеличивает сезонные колебания.
Некоторые исследователи на основании анализа изменений величин месячного и недельного водопотребления в городах отмечают характерное увеличение водопотребления летом и снижение зимой, но изменение эти, по их мнению, небольшие. Так изучение водопотребления, проведенное в одном из крупных городов Польши, где много учреждений, заводов и институтов позволило установить, что месячное водопотребление составляет от 0,89 до 1,1 в среднем, а недельное – от 0,84 до 1,18. На основании этих исследований сделано предложение, что влияние повышения температуры на увеличение водопотребления нейтрализуется тем, что жители уезжают в отпуска. В городах, где обычно наблюдается наплыв отдыхающих, эти факторы увеличивают водопотребление в летний или зимний периоды, в зависимости от того, находится ли город у водоема (моря, озера и т. п.) или в горах. При этом высокие уровни потребления воды могут ограничиваться пропускной способностью водопроводных систем, а минимальный уровень водопотребления может увеличиться из-за потерь воды в бытовых установках. Оба этих явления, естественно, нежелательны и требуют мер по устранению.
Изменения суточных объемов водопотребления.
Изменения суточных объемов водопотребления могут быть двух видов: 1)постоянное увеличение из года в год в результате развития городов и повышения жизненного уровня населения и (2)колебания, вызванные влиянием факторов, перечисленных ранее. Постоянное увеличение водопотребления требует анализа в течение длительного периода времени (5-10 лет, в то время как анализ колебаний суточного водопотребления основывается на данных за короткий промежуток времени.
Промежуток времени в один год может быть выбран для анализа суточных колебаний. Это предложение основано на следующем:
- годовой период включает цикличные изменения климата, объема работы и отдыха, сезонный характер производства и функционирования общественных учреждений;
- постоянное увеличение населения, развитие промышленности, улучшение стандартов сантехнических установок в течение года можно не учитывать;
- объем данных (365) по суточному водопотреблению в течение года вполне достаточный и позволяет провести статистический анализ.
- Использование периода в один год в качестве основы анализа колебаний суточного водопотребления не исключает возможности исследований влияния длительных промежутков (измеряемого в годах) на результаты анализов.
Объем суточного водопотребления изменяется в соответствии с сезонными изменениями, описанными ранее. Помимо этого наблюдается определенная регулярность в недельных объемах водопотребления. В общем недельные изменения в потреблении воды невысокие, но иногда случаются и заметные. В среднем по литературным данным наблюдается увеличение водопотребления на 10% в выходные дни.
Более правильным был бы анализ статистического распределения суточного водопотребления в течение года. Такое распределение может служить основой для составления стохастических, математических моделей водопотребления в городах или их районах. В случае с городами с высокими сезонными колебаниями водопотребления, необходимо провести анализы распределения водопотребления за более короткие периоды.
Влияние на изменение суточного водопотребления метеорологических условий. Среди множества факторов, которые оказывают влияние на изменение суточного водопотребления в городах, важное место занимают метеорологические условия На основе исследований, выполненных в ряде городов юго-запада Польши Милькарцевич и Сивон установили величину максимальной температуры воздуха, выше которой наблюдается зависимость между суточным водопотреблением и температурой воздуха. Величина эта была одинакова для всех трех городов около 17 град. С. Было установлено, что линейные уравнения регрессии выглядят следующим образом:
Q=a*T+b
где Q – суточное водопотребление, м3/сутки;
T – максимальная суточная температура, 0К;
а и b – константы величин, зависящие от других факторов, оказывающих влияние на водопотребление, а также от типа города.
Изменения в часовом водопотреблении. Статистические распределения часового водопотребления в городе за период в один год также, как и суточные водопотребление, аналогичны обычному распределению.
Теоретически правильным является анализ распределения часового водоснабжения в городах за период в один год, по тем же причинам, которые указаны относительно анализа суточного потребления. Тем не менее, практический анализ часового потребления за период в один год представляет большую трудность и требует много времени. Поэтому была сделана попытка изучения эмпирических гистограмм распределения водопотребления за периоды один месяц и одну неделю. В них наблюдается значительная асимметрия.
Известно, что часовое потребление в городе изменяется в течение суток. Эти изменения зависят от ритма жизни населения – рабочих часов, проведения свободного времени и т. д. Соответственно, изменения в часовом потреблении за 24 часа зависит от дня недели. Посмотрим результаты исследования изменений в часовом водопотреблении в различные дни недели в одном из крупных городов Польши. Соответственно ритму жизни были выделены следующие дни: а) рабочие субботы и предпраздничные дни; б) воскресенья и праздничные дни; в) четверги; г) остальные дни недели. Было проведено сравнение диаграмм, иллюстрирующих изменения часового водопотребления для одного многоквартирного дома (около 120 жителей, для населенного района (около 7000 жителей) и для целого города (около 700000 жителей).
Анализ показал, что в многоквартирном доме и в жилом районе наблюдаются две пиковые величины – утром и вечером. В воскресенье и праздничные дни пикового уровня на более поздние утренние часы. В субботу и четверг вечерние пиковые уровни выражены очень четко. Их можно назвать «телевизионные пиковые уровни», поскольку они связаны с особо увлекательными телевизионными передачами (пиковые уровни наблюдаются до или после телевизионных передач).
Эти результаты подтверждаются общею тенденцию к снижению колебаний часового водопотребления с увеличением числа потребителей и расширением района, обслуживаемого системой водоснабжения. Было проведено сравнение величин максимального и минимального водопотребления для трех случаев : для многоквартирного дома, для района и для города. Следует отметить, что относительно резкие колебания часового потребления воды в доме выравниваются в жилом районе. Различия между коэффициентами колебания водопотребления в жилом районе и в целом городе не имеют большого значения, поскольку в масштабах города на водопотребление оказывают влияние различные факторы. Эти факторы частично противоречат друг другу, но в какой-то степени они могут взаимно усиливать влияние на увеличение колебаний размеров водопотребления.
Контрольные вопросы:
1. Структура водопотребления в городах.
2. Факторы водопотребления в городах.
3. Изменения водопотребления.
4. Сезонные колебания водопотребления.
5. Влияние на изменение суточного водопотребления метеорологических условий.
6. Изменения в часовом водопотреблении.
