МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА

ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

КУСКОВЕЦЬ СЕРГІЙ ЛЕОНІДОВИЧ

УДК 628.17: 628.74: 628.174

УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМ ВОДОПОСТАЧАННЯ ДЛЯ ЦІЛЕЙ ПОЖЕЖОГАСІННЯ В СІЛЬСЬКІЙ МІСЦЕВОСТІ

05.23.04 – Водопостачання, каналізація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Рівне – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті водного господарства та природокористування (НУВГП) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Орлов Валерій Олегович, НУВГП, завідувач кафедри водопостачання та бурової справи.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Прокопчук Іван Тимофійович, декан санітарно-технічного факультету Київського національного університету будівництва і архітектури;

кандидат технічних наук, доцент Прогульний Віктор Йосипович, завідувач кафедри водопостачання Одеської державної академії будівництва та архітектури.

Провідна установа: Інститут гідротехніки і меліорації Української академії аграрних наук, відділ сільськогосподарського водопостачання і каналізації

Захист дисертації відбудеться “9 червня 2006 р. о 12.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 47.104.01 при Національному університеті водного господарства та природокористування за адресою: 33028, м. Рівне, вул. Соборна, 11.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного університету водного господарства та природокористування за адресою: 33000, м.Рівне, вул.Приходька,75.

Автореферат розісланий „7травня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к. т. н., доцент В.П. Востріков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Системи водопостачання не тільки подають воду населенню для різноманітних потреб, а й забезпечують пожежогасіння в населених пунктах. Подача води в сільській місцевості найчастіше здійснюється за допомогою господарсько-питного водопроводу об’єднаного з протипожежним. Вартість будівництва таких водопроводів збільшується за рахунок насосів, затрат на електроенергію, застосування труб підвищеної міцності і т.д., які розраховують на великі витрати та напори на випадок пожежі.

Тому важливим і актуальним завданням є забезпечення сільських населених пунктів удосконаленими системами водопостачання, які з мінімальними затратами можна використовувати для цілей пожежогасіння в населених пунктах з невеликою чисельністю мешканців.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження проводились в рамках Програми забезпечення пожежної безпеки на період до 2010 р., затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 01.07. 2002 р. № 870 п.10: –„...опрацювати питання щодо вдосконалення протипожежного захисту в сільській місцевості. Розробити комплекс відповідних заходів та подати його на розгляд Кабінету Міністрів України...”.

Мета досліджень. Метою є науково-технічне обґрунтування удосконалення систем водопостачання в сільських населених пунктах з невеликою чисельністю мешканців із врахуванням вимог пожежогасіння.

Задачі досліджень:*

вивчення та аналіз сучасного стану водопостачання в сільській місцевості;

дослідження та оцінка витрат води на пожежогасіння;

уточнення витрат води на пожежогасіння в умовах зміни технологічних пристроїв пожежних установок, арматури, пожежних рукавів;

встановлення факторів, які впливають на витрати води під час гасіння пожеж;*

проведення гідравлічних розрахунків водопроводів сільських населених пунктів та вибір оптимальних варіантів на підставі техніко-економічного обґрунтування;

визначення довірчих інтервалів витрат води на пожежогасіння;

розробка аналітичної залежності для визначення відстаней між пожежними гідрантами;*

розробка залежності витрат води на пожежогасіння від часу прибуття підрозділів, інтенсивності подачі води та тривалості розповсюдження пожеж;*

розробка рекомендацій для проектування та застосування систем водопостачання в сільській місцевості для цілей пожежогасіння.

Об’єкт дослідження – системи водопостачання невеликих населених пунктів сільської місцевості.

Предмет дослідження – процес водопостачання та його застосування для цілей пожежогасіння.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше досліджено, науково обґрунтовано та скориговано нормативні витрати води на пожежогасіння, відстані між пожежними гідрантами на водопровідній мережі для невеликих населених пунктів сільської місцевості;

- вперше запропоновано та економічно обґрунтовано застосування водопроводів високого тиску із зменшеними напорами в водопровідній мережі та зменшеними нормативними витратами води на пожежогасіння для невеликих сільських населених пунктів;

- запропоновано математичні моделі визначення нормативних витрат води та відстаней між пожежними гідрантами в сільських населених пунктах з невеликою чисельністю мешканців.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані удосконалені системи водопостачання невеликих сільських населених пунктів та їх застосування для цілей пожежогасіння. Визначені основні параметри для розрахунку водонапірних споруд, які значно менші раніше пропонованих та встановлених існуючими нормативними документами. Результати роботи прийнято до реалізації керівництвом ГУ МНС України Рівненської та Львівської областей під час проектування водопровідних систем в населених пунктах з кількістю мешканців до 3000 чоловік та при написанні розділу 2.4 навчального посібника В.О.Орлова, А.М.Зощук „Проектування систем сільськогосподарського водопостачання”, рекомендованого Міністерством освіти та науки України (лист №14/18.2-1294 від 03 червня 2005 року) для студентів вузів, які навчаються за спеціальністю „Гідромеліорація”.

Особистий внесок здобувача: експериментально досліджені витрати води на пожежогасіння в сільській місцевості Рівненської області (дослідження витрат води в невеликих населених пунктах сільської місцевості проведено вперше); експериментально уточнено витрати води на пожежогасіння при зміні арматури для її подачі; експериментально досліджено втрати напорів в пожежних рукавах та стволах (пожежні стволи досліджувались вперше); визначено довірчі інтервали витрат води на пожежогасіння; розроблено аналітичну залежність визначення відстаней між пожежними гідрантами; розроблено програмне забезпечення визначення залежності витрат води на пожежогасіння від часу прибуття підрозділів, інтенсивності подачі води та тривалості розповсюдження горіння; розроблено рекомендації щодо застосування запропонованих систем водопостачання для цілей пожежогасіння; виконано техніко-економічний аналіз та проведено розрахунки економічної доцільності і ефективності результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи та окремі її результати доповідались на:

1. Міжнародній науково-технічній конференції „Актуальні проблеми водного господарства та природокористування”, (м. Рівне, 2002 р.);

2. Науково-практичній конференції „Водне господарство: завдання в період реформування економіки і перспективи розвитку” (м. Київ, 2003 р.);

3. Науково-практичній конференції та круглих столах, проведених під час виставки-презентації МНС України (Національний комплекс “Експоцентр України”), (м. Київ, 2004 р.). За участь у науково-практичному семінарі „Проблеми протипожежного водопостачання в сільській місцевості” в рамках „Виставки презентації закладів техногенної безпеки та екології” нагороджений дипломом НК“ Експоцентр України”;

4. VІ-ій міжнародній науково-технічній конференції АС ПГП „Промислова гідравліка і пневматика” (м. Львів, 2005 р.);

5. Науково-практичних семінарах кафедри водопостачання та бурової справи НУВГП.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 9 праць, з них 8 статей в фахових виданнях та 1 тези доповідей.

Обсяг дисертаційної роботи. Дисертація викладена на 151 сторінці машинописного тексту, що містить 34 таблиці, 27 рисунків, 31 графік і літературних джерел з 143 посиланнями, з них 14 іноземних, та додатку на 63 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі подано і проаналізовано літературні та нормативні джерела стосовно систем водопостачання, нормування витрат води для цілей пожежогасіння, нормування довжини напірних рукавних ліній, зберігання запасів води для цілей пожежогасіння, видів та конфігурації водопровідних мереж і розміщення пожежних гідрантів на ній майже за останні сімдесят років. Дослідженнями систем водопостачання займались М.А.Тарасов-Агалаков, В.Г.Лобачов, О.О.Качалов, О.М.Курбатський, Є.М.Іванов, М.М.Абрамов, А.М.Тугай, В.П. Сіроткін, В.О.Орлов, П.Д.Хоружий, С.К.Абрамов, С.С.Душкін, В.Г.Новохатній, І.А.Антіпов, М.М.Кулєшов та інші, але системи водопостачання та їх застосування на пожежогасіння для невеликих сільських населених пунктів не досліджувались.

У другому розділі наведені методики проведення експериментальних досліджень та прогнозування витрат води на пожежогасіння в сільських населених пунктах з невеликою чисельністю мешканців із застосуванням експоненційного закону розподілу та закону розподілу Ерланга 1 – 10-го порядків. Для апроксимації застосовувався пакет MATHCAD 2000. Для перевірки збігу емпіричних та теоретичних розподілів витрат води використовувався критерій Пірсона.

Описано ряд випробовувань із застосуванням лабораторних установок та іншого устаткування Львівського інституту пожежної безпеки МНС України.

У третьому розділі охарактеризовано стан пожежної небезпеки в сільській місцевості України. Розглянуто рівень забезпечення сільських населених пунктів системами водопостачання. Проаналізовано стан захисту сільських населених пунктів протипожежними формуваннями, які приймають участь в ліквідації пожеж.

Для дослідження витрат води на гасіння пожеж було досліджено 120 пожеж, що виникали у сільській місцевості Рівненщини.

Мінімальний час слідування пожежних підрозділів (рис. 1) становить 5 хв, а максимальний - 55 хв. Отже, чим більший час слідування, тим більша площа пожежі на момент прибуття, а значить необхідна більша витрата води на її гасіння.

Середнє значення часу ліквідації пожежі 125 хв (рис. 2) значно менше нормативного (3 год). Час ліквідації пожежі залежить від: площі пожежі на момент прибуття підрозділів; забезпеченості розрахунків нормативною кількістю особового складу, пожежно-технічним озброєнням; наявності, стану та віддаленості систем водопостачання і т.д. Отже, питання пожежогасіння в сільській місцевості організовано не належним чином, і тому потребує негайного покращання.

Охарактеризовано технічну характеристику та можливості пристроїв для подачі води на гасіння пожеж (пожежні стволи). Дослідивши зміну нормативних витрат води на зовнішнє пожежогасіння більш як за шість десятиліть з’ясовано, що нормування витрат води у всіх випадках зводиться до кратності 2,5 л/с. Ця цифра виникла внаслідок технічної можливості пожежних стволів та спеціальної техніки, які стояли на озброєнні пожежної охорони 30-х років минулого століття.

Для подачі нормативної кількості води для цілей пожежогасіння підрозділам пожежної охорони приходиться застосовувати різноманітні схеми подачі води, але фактичні витрати води при цьому не відповідають нормативним, на які розраховуються водопровідні мережі. Подача води від систем низького тиску можлива лише при умові застосуванням пожежної техніки, коли перед стволом створюється тиск 40 – 60 м, залучається додаткова чисельність персоналу. Отже, забезпечити подачу існуючих нормативних витрат води проблематично і слід шукати більш оптимальні варіанти вирішення питання подачі води для цілей пожежогасіння.

Однією із умов подачі нормативної витрати води 5 л/с від систем високого тиску – є розташування пожежних стволів на рівні найвищої точки найвищої будівлі, а висота компактного струменю води повинна бути не менше 10 м. Але при висоті компактного струменю води 10 м зі ствола з діаметром насадки 19 мм забезпечується витрата води 4,6 л/с, що не відповідає нормативній.

Ці висновки підтверджені експериментальними дослідженнями та табличними літературними даними.

В роботі досліджено напори на пожежних стволах, витрати зі стволів та дальність польоту струменів залежно від видів стволів, діаметрів насадок та кута підйому стволів до горизонту. Деякі результати досліджень зведені в табл. 1.

Таблиця 1

Дослідження коефіцієнтів опору пожежних стволів

Вид пожежного ствола | Витрата зі ствола, л/с | Напір на стволі, м.в.ст. | Коефіцієнт опору експериментальний | К-нт опору серед

ній | К-нт опору табличний | К-нт опору теоретичний | кут нахилу пожежного ствола | 150 | 300 | 450 | 150300450150300450 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | РС-50

Дн=

13 мм | 3,0 | 2,9 | 3,0 | 20 | 19 | 21 | 2,22 | 2,26 | 2,33 | 2,55 | 2,89 | 3,08 | 3,2 | 3,3 | 3,2 | 27 | 28 | 27 | 2,64 | 2,57 | 2,63 | 3,6 | 3,7 | 3,5 | 33 | 34 | 33 | 2,55 | 2,48 | 2,69 | 4,0 | 3,8 | 3,9 | 43 | 41 | 42 | 2,69 | 2,83 | 2.76 | РС-70

Дн=

19 мм | 5,0 | 4,7 | 4,8 | 14 | 13 | 13 | 0,56 | 0,589 | 0,564 | 0,58 | 0,634 | 0,676 | 5,5 | 5,0 | 5,3 | 16 | 15 | 16 | 0,53 | 0,6 | 0,569 | 6,0 | 6,0 | 6,1 | 21 | 20 | 22 | 0,583 | 0,556 | 0,591 | 7,3 | 7,2 | 7,4 | 32 | 31 | 33 | 0,6 | 0.62 | 0,6 | СРК-50

положення

руків’я

вперед | 2,0 | 1,9 | 2,0 | 16 | 16 | 16 | 4,0 | 4,43 | 4,0 | 4,31 | - | - | 2,4 | 2,3 | 2,3 | 23 | 24 | 24 | 3,99 | 4,54 | 4,54 | 2,9 | 2,8 | 2,8 | 35 | 36 | 36 | 4,16 | 4,59 | 4,59 | 3,3 | 3,2 | 3,3 | 47 | 45 | 46 | 4,31 | 4,39 | 4,22 | 2,3 | 2,2 | 2,3 | 26 | 24 | 25 | 4,92 | 4,96 | 4,73 | 2,8 | 2,7 | 2,7 | 37 | 36 | 36 | 4.72 | 4,94 | 4,93 | 3,2 | 3,1 | 3,2 | 48 | 46 | 48 | 4,69 | 4,78 | 4,69 | 3,2 | 3,1 | 3,2 | 48 | 46 | 48 | 4,69 | 4,78 | 4,69 |

Коефіцієнти опору пожежних стволів раніше не досліджувались. Табличні значення перекривних стволів типу СРК-50 відсутні, а теоретичні визначити неможливо через змінність діаметрів на шляху руху рідини. Як бачимо (табл. 1) мінімальний коефіцієнт опору має пожежний ствол РС-70 з діаметром насадки 19 мм, отже його пропонуємо застосовувати для цілей пожежогасіння від водопроводів високого тиску.

Досліджено напори та витрати води з прямоточних стволів РС-70, РС-50 при висоті компактного струменю води 6, 7, 8, 10 м. Результати дослідження показали, що тільки ствол РС-70 може забезпечити необхідну витрату води при мінімальних напорах перед ними.

Таким чином, виходячи із результатів досліджень та технічних характеристик пожежного ствола РС-70 та на підставі п. 6.8 СНиП 2.04.01-85, пропонується висоту компактного струменю води зі ствола РС-70 при витраті 3,7 л/с та напорі на стволі 9,67 м для водопроводу високого тиску на рівні найвищої точки будівлі невеликого сільського населеного пункту прийняти 7 м.

У четвертому розділі розглянуто питання експериментального визначення витрат води на зовнішнє пожежогасіння під час ліквідації пожеж в Рівненській області. Сільські населенні пункти були розділені на пункти з населенням більше 1000 чол. та менше 1000 чол. Витрати води на гасіння пожеж в сільській місцевості розподілились згідно відповідних гістограм, зображених на рис. 4 та рис. 5.

Рис. 4. Гістограма розподілу витрат води на пожежогасіння для пунктів із населенням менше 1000 чоловік

Рис. 5. Гістограма розподілу витрат води на пожежогасіння для пунктів із населенням більше 1000 чоловік

Витрати води (л/с) за допомогою експоненційного розподілу мають вигляд:

, звідки (1)

де A – параметр розподілу.

Згідно закону розподілу Ерланга витрати води на гасіння пожежі описуються функцією:

, звідки (2)

де - гамма-функція, - параметр закону розподілу Ерланга, - порядок закону розподілу, причому , а та ціле.

В результаті апроксимації значень витрат води (рис. 4,5) для населених пунктів з кількістю мешканців до 1000 чоловік експоненційним законом розподілу (рис. 6), мінімальна похибка апроксимації 0,3959 досягається при значенні параметру A=0,347. Очікувані витрати води при цьому рівні 2,882 л/с.

Рис. 6. Апроксимована крива експоненційного розподілу витрат води для населених пунктів з кількістю мешканців менше 1000 чоловік

Для населених пунктів з кількістю мешканців більше 1000 чоловік експоненційним законом розподілу (рис. 7), мінімальна похибка апроксимації 0,164 досягається при значенні параметру A = 0,1723 та А =0,1691. Очікувані витрати води при цьому рівні 5,804 л/с та 5,914 л/с відповідно.

Рис. 7. Апроксимована крива експоненційного розподілу витрат води для населених пунктів з кількістю мешканців більше 1000 чоловік

Рис. 8. Апроксимована крива витрат води на пожежогасіння для населених пунктів з кількістю мешканців менше 1000 чоловік законом розподілу Ерланга 5-го порядку

Очікувані витрати води на пожежогасіння для населених пунктів з кількістю мешканців менше 1000 чоловік за законом Ерланга (рис. 8) рівні від 2,9087 л/с до 3,1152 л/с. Мінімальна похибка апроксимації 0,2364 та 0,2391 досягається при 4 - 5-му порядку апроксимації і значенні параметру =0,3438 та =0,321. Четвертий та п’ятий порядок закону розподілу Ерланга для опису витрат води на пожежогасіння застосовувався вперше.

Рис. 9. Апроксимована крива витрат води на пожежогасіння для населених пунктів з кількістю мешканців менше 1000 чоловік законом Ерланга 6-го порядку

Очікувані витрати води на пожежогасіння для населених пунктів з кількістю мешканців більше 1000 чоловік в результаті апроксимації за законом Ерланга (рис. 9) рівні від 5,5307 до 6,3777 л/с, мінімальна похибка апроксимації 0,0926 та 0,0927 досягається при 6-7-му порядку апроксимації і значенні параметру =0,1555, =0,1808. Шостий та сьомий порядок закону розподілу Ерланга для опису витрат води на пожежогасіння застосовувався вперше

Отже, витрати води на пожежогасіння для населених пунктів з кількістю мешканців більше 1000 чоловік не перевищують 7,4 л/с, а для населених пунктів з кількістю мешканців до 1000 чоловік - 3,7 л/с, що відповідає технічній характеристиці ствола РС-70.

При визначенні необхідних витрат води () на гасіння пожежі використовували формулу:

, л/с, (3)

де - площа горіння, (м кв.), визначається за формулою залежно від форми розповсюдження горіння:

(4)

, м, (5)

де Rг - відстань, на яку розповсюджується горіння, м; - лінійна швидкість розповсюдження горіння, м/хв; - тривалість розповсюдження горіння у перші 10 хв; - тривалість розповсюдження горіння від 10 хв до моменту початку гасіння; - тривалість розповсюдження горіння від початку гасіння до моменту локалізації пожежі, хв; - інтенсивність подачі води, (л/с·м2), визначається за таблицею.

Для моделювання необхідних витрат води в часі було створено програмне забезпечення. Моделюючи пожежу користувач змінює три параметри: час прибуття підрозділу; інтенсивність подачі води; форму пожежі. Інші параметри (довжина та ширина будівлі, лінійна швидкість розповсюдження горіння), вибираються із таблиці банку даних. Для вказаного моменту прибуття підрозділу та необхідної інтенсивності подачі води, розраховується необхідна витрата води, яка відображається у вікні програми та додатково вноситься у таблицю і користувач може порівняти її з фактичною витратою.

Розглянуто питання визначення відстаней між пожежними гідрантами.

Результати проведених досліджень часу розгортання рукавних ліній заданої довжини різноманітними групами відображені на рис.10.

Рис. 10. Гістограма розподілу часу розгортання пожежних рукавів та встановлення пожежної колонки на гідрант різними групами при їх розташуванні та пожежної колонки за 20 м від пожежного гідранта

Малокваліфіковані пожежники розгортають пожежні рукави довжиною 60 м приблизно за той же час, який необхідний для розгортання рукавів довжиною 120 м кваліфікованими пожежниками. Отже, для ліквідації пожеж в сільських населених пунктах із застосуванням водопроводів високого тиску та залученням добровільних протипожежних формувань, що не мають навичок роботи з пожежно-технічним озброєнням, довжина рукавних ліній повинна бути не більше 60 м.

Довжина пожежного рукава впливає і на відстань між пожежними гідрантами.

В нормативних документах для визначення втрат напорів застосовують значення питомого опору пенькового непрогумованого пожежного рукава діаметром 66 мм – АР = 0,00385 с2/м6, які промисловістю України не випускаються, і не використовуються. В даний час в практиці використовуються прогумовані, латексні рукави із табличним значенням – АР = 0,0017 с2/м6. Тобто, нормами завчасно передбачені завищені втрати напорів, які потребують збільшення енергетичних та матеріальних затрат при проектуванні систем водопостачання.

Вільний напір перед гідрантом для витрати води 3,7 л/с через ствол з діаметром насадки 19 мм при подачі води по одній рукавній лінії довжиною 60 м становить:

, м (6)

Вільний напір перед пожежним гідрантом для витрати води 7,4 л/с через два пожежні стволи РС-70 з діаметром насадки 19 мм (по 3,7 л/с з кожного) при подачі води по двох рукавних лініях довжиною 60 м кожна становить:

, м (7)

Вільні напори (6), (7) перед пожежним гідрантом при запропонованих схемах проектування значно менші тих, що застосовувались раніше тобто , м.

Схема гасіння пожежі при водопроводі високого тиску може мати вигляд, який зображений на (рис. 11).

Розміри будівель а · b (a — розмір вздовж дороги, b — розмір впоперек дороги), a1 — ширина садиби вздовж дороги виражена через коефіцієнт кратності n, тоді ця ширина дорівнює n · а. N– кількість садиб вздовж дороги між двома сусідніми гідрантами. Відстань між пожежними гідрантами L2 = N · n · а. С – відстань від лінії гідранта до фасадної частини будинку.

Рис. 11. Схема для визначення відстані між пожежними гідрантами

Відстань між гідрантами приймаємо:

N · n · a = 100 – 2 · = L2, м (8)

Прийнявши розміри типових житлових будинків невеликих сільських населених пунктів метрів. Відстань від краю проїжджої частини до стін будівлі для розрахунків прийнято с = 5 м. Використовуючи формулу (8) визначено відстань між пожежними гідрантами:

L2 = 100 – 2 · = 100 – 2 · 15,8 = 68,4 м (9)

Виходячи з проведених розрахунків, відстань між пожежними гідрантами необхідно зменшити до запропонованої величини 60 м.

У п’ятому розділі пропонуються схеми водопроводів високого тиску зі зменшеними напорами та витратами води для сільських населених пунктів із створенням вільних напорів в водопровідній мережі за рахунок висоти водонапірної башти, або зануреним в воду стовбура башти насосом. Недоторканий об’єм башти розраховується на нормативний час гасіння (3 год). Для гасіння пожеж залучаються добровільні протипожежні формування, на озброєнні яких знаходиться пожежно-технічне озброєння та рукави.

У шостому розділі проведено техніко-економічне обґрунтування порівняння систем водопостачання за приведеними витратами для варіантів:

1) будівництво пожежного депо на два пожежні автомобілі та встановлення на мережі пожежних гідрантів на відстані 150 м один від одного;

2) будівництво високої водонапірної башти із зберіганням трьохгодинного запасу води і встановлення на мережі гідрантів на відстані 60 м один від одного.

Для розрахунків прийняті системи водопостачання сіл Львівської області: Тартаків (кількість населення більше 1000 чоловік) та Бояничі (кількість населення менше 1000 чоловік).

Приведені витрати будівництва систем водопостачання для с.Тартаків становлять:

За І варіантом: 1) (10)

За ІІ варіантом: 2) (11)

Приведені витрати будівництва систем водопостачання для с. Бояничі становлять:

За І варіантом: 1) (12)

За ІІ варіантом: 2) (13)

Таким чином, для с. Тартаків приведені витрати будівництва систем водопостачання з пожежним депо в 10 разів більші, ніж при використанні водопроводу високого тиску із зменшеними напорами, запропонованими нормативними витратами, відстанями між пожежними гідрантами та висотою розміщення бака водонапірної башти. Для с. Бояничі приведені витрати будівництва систем водопостачання з пожежним депо в 4 рази більші, ніж при використанні водопроводу високого тиску із зменшеними напорами.

ВИСНОВКИ

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, вирішена актуальна науково-практична задача розробки удосконалених систем водопостачання та їх застосування для цілей пожежогасіння в сільських населених пунктах з невеликою чисельністю мешканців за рахунок використання водопроводів високого тиску зі зменшеними напорами в водопровідній мережі та скоригованими нормативними витратами води на пожежогасіння і відстанями між пожежними гідрантами.

На основі проведених досліджень можна зробити такі висновки:

1. Аналіз існуючого стану систем водопостачання невеликих сільських населених пунктів показав, що нормативні витрати води на гасіння пожеж в сільських населених пунктах з кількістю мешканців до 1000 чоловік становлять 5 л/с, понад 1000 до 5000 чоловік – 10 л/с, не змінювались з початку минулого століття і не відповідають технічній характеристиці існуючого обладнання, яке стоїть на озброєнні пожежно-рятувальної служби.

2. Водопроводи, як правило, проектуються низького тиску, але при цьому в радіусі 3 км по дорогах загального користування повинно знаходитись пожежне депо з пересувними пожежними насосами. Забезпечити цю вимогу в умовах економічних реформувань, які призвели до розпаювання пожежної техніки та будівель пожежних депо агропромислових господарств на балансі яких вони знаходились, неможливо. При проектуванні та будівництві водопроводів високого тиску передбачати професійну пожежну охорону не обов’язково, але при цьому не вирішено питання їх застосування для цілей пожежогасіння.

3. Встановлено, що відстань між пожежними гідрантами визначається розрахунком залежно від сумарної витрати води на пожежогасіння та пропускної спроможності встановленого типу гідранта.

4. Визначено і запропоновано варіанти забезпечення невеликих населених пунктів сільської місцевості удосконаленими системами водопроводів високого тиску із зменшеними напорами в водопровідній мережі та зменшеними нормативними витратами води на пожежогасіння, з урахуванням відсутності протипожежних формувань в цих населених пунктах. До цього часу це питання практично не досліджувалось.

5. Науково обґрунтовано запропоновану нормативну витрату води для цілей пожежогасіння: 3,7 л/с – для населених пунктів з кількістю мешканців до 1000 чоловік; 7,4 л/с – для населених пунктів з кількістю мешканців більше 1000 чоловік та доцільність використання для цього прямоточних пожежних стволів РС-70, при застосуванні водопроводів високого тиску зі зменшеними напорами.

6. Шляхом комп’ютерного моделювання запропоновано математичну модель визначення необхідних витрат води в певний період часу від моменту прибуття пожежних підрозділів до місця виклику, інтенсивності подачі води та часу розповсюдження горіння та порівняння їх з фактичними витратами.

7. Застосуванням згаданої програми моделювання розвитку пожеж у населених пунктах сільської місцевості Рівненщини встановлено, що ефективність гасіння пожежі з мінімальними збитками досягається на початковій стадії розвитку пожежі (до 10-15 хв після виникнення горіння).

8. Комп’ютерне моделювання показало, що для сільських населених пунктів з кількістю мешканців до 1000 чол. більш, як у 97 % необхідна витрата води для цілей пожежогасіння не перевищує 3,7 л/с, а для сільських населених пунктів з кількістю мешканців більше 1000 чол. більш, як у 98 % необхідна витрата води не перевищує 7,4 л/с при різноманітних формах розповсюдження пожежі.

9. Запропоновано аналітичну залежність та науково доведено нормування відстані між пожежними гідрантами в сільських населених пунктах при влаштуванні водопровідних систем високого тиску із зменшеними напорами та відкоригованими нормативними витратами, яка становить 60 м.

10. Створено випробувальну базу для проведення досліджень витрат води в умовах зміни технологічних пристроїв та арматури. Проведено експериментальні дослідження витрат води з пожежних стволів. Вперше експериментально досліджено коефіцієнти опору пожежних стволів. Експериментально досліджено втрати напорів в пожежних рукавах.

11. Теоретично підтверджено та науково обґрунтовано, що витрати води для цілей пожежогасіння описуються за допомогою експоненційного закону розподілу та закону розподілу Ерланга. Для точності оцінки витрат води вперше застосовувався закон розподілу Ерланга вищих порядків (3ч10).

12. На підставі гідравлічних розрахунків різноманітних систем водопостачання реальних сільських населених пунктів Львівщини проведено техніко-економічне обґрунтування запропонованих схем водопостачання із застосуванням систем високого тиску зі зменшеними напорами та відкоригованими витратами води в порівнянні з використанням запроектованих систем та будівництвом пожежних депо і утриманням пожежної техніки та особового складу підрозділів, в результаті чого отримано економічний ефект та соціальне значення.

13. Запропоновано схеми водопостачання для сільських населених пунктів з чисельністю мешканців до 3000 чоловік з використанням водопровідних мереж високого тиску зі зменшеними напорами та відкоригованими нормативними витратами і відстанями між пожежними гідрантами.

14. Розроблено рекомендації, які прийняті до впровадження керівництвом ГУ МНС України в Рівненській та Львівській областях під час проектування водопровідних систем в сільській місцевості вказаних областей.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

АНОТАЦІЯ

Кусковець С.Л. Удосконалення систем водопостачання для цілей пожежогасіння в сільській місцевості. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 – водопостачання, каналізація. – Національний університет водного господарства та природокористування, Рівне, 2006.

У дисертації на підставі експериментальних досліджень уточнені витрати води на пожежогасіння та відстані між пожежними гідрантами для невеликих сільських населених пунктів.

Розглянуто питання забезпечення малих населених пунктів сільської місцевості системами зовнішнього водопостачання та його застосування для цілей пожежогасіння, яке до цього часу практично не досліджувалось.

Науково обґрунтовано, що витрати води для цілей пожежогасіння описуються за допомогою експоненційного закону розподілу та закону розподілу Ерланга.

Запропоновано системи водопостачання невеликих сільських населених пунктів із застосуванням водопроводів високого тиску зі зменшеними напорами та відкоригованими нормативними витратами. Визначені основні параметри для розрахунку водонапірних споруд, які значно менші раніше пропонованих та передбачених існуючими нормативними документами.

Проведено експериментальні дослідження витрат води для цілей пожежогасіння, втрати напорів в пожежних рукавах, арматурі, що застосовується для подачі води (пожежні стволи) та відстані між пожежними гідрантами. Обґрунтовано нормативну витрату води для цілей пожежогасіння: 3,7 л/с - для населених пунктів з кількістю мешканців до 1000 чоловік; 7,4 л/с – для населених пунктів з кількістю мешканців більше 1000 чоловік та доцільність використання для цього прямоточних пожежних стволів РС-70.

Виконано техніко-економічний аналіз та розрахунки економічної доцільності і ефективності впровадження результатів досліджень для систем водопостачання сільських населених пунктів Львівської області.

Результати дисертаційної роботи прийнято до реалізації під час проектування водопровідних систем в сільських населених пунктах Рівненської та Львівської областей та при написанні розділу 2.4 навчального посібника В.О.Орлова, А.М.Зощук „Проектування систем сільськогосподарського водопостачання”, рекомендованого Міністерством освіти та науки України (лист №14/18.2-1294 від 03 червня 2005 року) для студентів вузів, які навчаються за спеціальністю „Гідромеліорація”.

Ключові слова: система водопостачання; витрата води; втрати напору; водопровід високого тиску; система пожежогасіння.

АННОТАЦИЯ

Кусковец С.Л. Усовершенствование систем водоснабжения для целей пожаротушения в сельской местности. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 – водоснабжение, канализация. – Национальный университет водного хозяйства и природопользования, Ривнэ, 2006.

Диссертационная работа посвящена решению вопроса усовершенствования систем водоснабжения и их использования для целей пожаротушения в сельских населенных пунктах с небольшой численностью жителей за счет использования водопроводов высокого давления с уменьшенными напорами в водопроводной сети, откорректированными нормативными расходами воды на пожаротушение и расстояниями между пожарными гидрантами.

В диссертации рассмотрен вопрос обеспечения небольших населенных пунктов системами водоснабжения с применением его для целей пожаротушения, какой до этого времени практически не исследовался.

В работе приведены методики проведения экспериментальных исследований и прогнозирования расходов воды на пожаротушение. Описаны установки и порядок проведения экспериментальных исследований, которые проводились во Львовском институте пожарной безопасности МЧС Украины.

На основании изучения и анализа нормативных и литературных источников установлено, что нормативные расходы воды на пожаротушение не менялись с начала прошлого века и принимались кратными 2,5 л/с, что соответствовало технической характеристике оборудования, которое было на вооружении пожарной охраны того времени и не соответствует сегодняшнему.

Научно обосновано, что расходы воды для целей пожаротушения описываются с помощью экспоненциального закона распределения и закона распределения Эрланга. Для проведения аппроксимации использовался пакет МАTHCAD 2000. Для проверки согласия реальных и теоретических распределений расходов воды использовался критерий Пирсона.

Для уточнения расходов воды на ликвидацию пожаров было исследовано 120 пожаров, которые возникли в сельской местности Ривненской области.

На основании аппроксимации экспериментальных исследований и компьютерного моделирования, уточнены расходы воды на пожаротушение, которые не превышают 3,7 л/с для населенных пунктов до 1000 чел. и 7,4 л/с - для населенных пунктов больше 1000 чел., что соответствует технической характеристике пожарных стволов РС-70, которые широко используются пожарной охраной в настоящее время.

Проведены исследования потерь напора в арматуре, что применяется для подачи воды (пожарные стволы) при различных углах уклона к горизонту, высоте компактной струи 6,7,8 и 10 м. Пожарные стволы до этого не исследовались, а только насадки.

Проведены экспериментальные исследования расстояния между пожарными гидрантами с участием различных групп курсантов и студентов Львовского института пожарной безопасности МЧС Украины. В результате исследований предложено установить расстояние между гидрантами в пределах 60 м.

Определены основные параметры для расчета водонапорных сооружений, которые значительно меньше, предложенных раньше, и предусмотренных действующими нормативными документами.

Предложены системы водоснабжения небольших сельских населенных пунктов с применением водопроводов высокого давления с уменьшенными напорами и откорректированными нормативными расходами воды, расстояниями между гидрантами и порядок их применения для целей пожаротушения.

Сделано технико-экономический анализ и расчеты экономической целесообразности и эффективности внедрения результатов исследований для систем водоснабжения сельских населенных пунктов Львовской области, в результате чего получен определенный экономический эффект по сравнению с запроектированными системами.

Результаты диссертационного исследования приняты к реализации Главными управлениями МЧС Украины Ривненской и Львовской областей во время проектирования водопроводных систем в сельских населенных пунктах с количеством жителей до 3000 чел. и при написании раздела 2.4 учебного пособия В.О.Орлова, А.Н.Зощук „Проектирование систем сельскохозяйственного водоснабжения”, рекомендованного Министерством образования и науки Украины (письмо №14/18.2-1294 от 03.06.2005 г.) для студентов, которые обучаются по специальности „Гидромелиорация”.

Ключевые слова: система водоснабжения; расход воды; потери напора; водопровод высокого давления; система пожаротушения.

ANNOTATION

Kuskovets S.L. Improvement the water systems for aims of fire extinguishing in rural locality. - Manuscript.

The thesis on gaining of scientific degree of candidate of technical sciences after specialty 05.23.04 - water-supply, sewage system. - National university of water economy and management of nature, Rivne, 2006.

On the basis of experimental researches the expenses of water on fire extinguishing and distances between fire-hydrant for small rural settlement are specified in the thesis.

The question of providing of small settlements by the external water systems and its application for aims of fire extinguishing before isn’t practically investigated.

Scientifically substantiated, that the charges of water for aims of fire extinguishing are described by means of expositional law of distributing and law of Erlang’s distributing. The water systems of small rural settlements with application of plumbing of high pressure with the diminutive pressures and corrected normative charges are offered. The main parameters for the calculation of water-pressure buildings which considerably less before offered and foreseen by existent normative documents are proposed.

Experimental researches of charges of water for aims of fire extinguishing, losses of pressures in fire hose, accessories which used for the supply of water (fire trunks) and distance between fire-hydrant