bbk 000000

УДК 628.173.001.2

Шушкевич Е. В., Бастрыкин Р. И., Алешина Е. В., Корчагин К. А., Гераскина И. Ю.

Исследование зависимости водопотребления Москвы от температуры наружного воздуха

Аннотация

Для повышения точности прогнозирования функционирования системы централизованного водоснабжения проведено исследование влияния температуры окружающей среды на потребление городом воды питьевого качества. С 2009 г. специалистами МГУП «Мосводоканал» ежедневно осуществляется прогнозирование суточного водопотребления города, а также планирование суточной и часовой подачи воды в город водопроводными сооружениями, благодаря чему удалось существенно сократить затраты на электроэнергию. Определен коэффициент роста водопотребления для Москвы вне зоны температурного комфорта (более 25°C). Полученные данные позволяют повысить точность прогнозирования водопотребления и задавать оптимальные режимы подачи воды в город.

Ключевые слова

водопотребление , централизованное водоснабжение , прогнозирование , температура окружающей среды , погодная аномалия

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Повышение энергоэффективности является актуальным направлением в работе МГУП «Мосводоканал». В связи с выходом на оптовый рынок электроэнергии и из-за существенных штрафных санкций за отклонения от заявленной величины электропотребления предприятию необходимы механизмы точного прогнозирования потребления электроэнергии. Одним из таких рычагов является прогнозирование общего водопотребления города. На основании такого прогноза осуществляется ежедневное планирование объемов суточной и часовой подачи воды в город. От его точности во многом зависит эффективность работы насосного оборудования сооружений второго и третьего подъема, а также гидравлические параметры в распределительной сети города, что позволяет выбирать оптимальные режимы работы электрооборудования, а также сокращать затраты на электроэнергию
и мощность.

При прогнозировании учитывается, что водопотребление – это переменная величина, зависящая от множества факторов: суточной и часовой неравномерности водопотребления, обусловленной сложившимся недельным и суточным ритмом жизни населения; сезонов года; государственных и религиозных праздников; школьных и студенческих каникул; температуры наружного воздуха. В летний период среднесуточное водопотребление Москвы на 20–30% меньше, чем в зимний. Это связано с изменением уклада жизни горожан, значительная часть которых с мая по август выезжает за город, а также сезонным отключением отопления и горячего водоснабжения.

С 1995 г. наблюдается устойчивая тенденция снижения объемов потребления воды, обусловленная выполнением общегородских мероприятий по ресурсосбережению и целевой комплексной программы «Экономия и рациональное использование водных ресурсов в Москве и повышение надежности водоснабжения на период до 2010 г.», использованием широкого ассортимента водосберегающего оборудования, наличием экономических стимулов, побуждающих население рационально расходовать воду (рис. 1).

В 2007 г. интенсивность снижения водопотребления увеличилась и к 2009 г. достигла 6,8% при среднесуточном потреблении 3846тыс. м³ воды. В 2010 г. снижение водопотребления уменьшилось до 3,4% при расходе 3716 тыс. м³/сут.

До середины июня 2010 г. тенденция снижения водопотребления по отношению к предыдущему году сохранялась. Так, за первое полугодие 2010 г. объем потребляемой воды составил 3762,9тыс. м³/сут, что на 4,3% меньше, чем за аналогичный период 2009 г. (3933,5 тыс. м³/сут). Однако с середины июня 2010 г. установилась аномально жаркая погода. Превышение температуры над климатической нормой составило: в июне 3,3°С, в июле 9,1°С, в августе 5,9°С. Из-за жары жители Московского региона стали потреблять заметно больше воды на хозяйственные и питьевые нужды (рис. 2). Уже с 15 июня 2010 г., вопреки многолетней тенденции, водопотребление стало увеличиваться, достигнув 5 июля значения предыдущего года 3429 тыс. м³/сут, а 4 августа – максимального значения 3826 тыс. м³/сут, что на 453 тыс. м³/сут (13,5%) больше, чем в аналогичный день 2009 г. Температура холодной воды в трубопроводах повысилась до 23–26°C, что явилось дополнительным фактором увеличения потребления воды.

Увеличение расхода воды на полив, обусловленное введением жесткого режима полива улиц, также повлияло на рост водопотребления. Частичный переход к заправке поливомоечных машин из технического водопровода позволил сократить рост водопотребления из питьевого водопровода. Наблюдался рост водопотребления предприятиями, использующими воду питьевого качества, по сравнению с аналогичным периодом 2009 г.: гостиницы – на 1,3%, транспорт – на 2%, торговля – на 2,3%, военно-промышленный комплекс – на 1,2%, ракетно-космическое агентство – на 2%, пищевая и легкая промышленность – на 1,3% и 0,8% соответственно, спортивные сооружения – на 1,1%.

Увеличилась подача воды в городах Московской области– Видном, Долгопрудном, Мытищах, Химках: в июле 2010 г. водопотребление составило 276,43 тыс. м³/сут, что на 16,8% больше аналогичного периода 2009 г. В условиях аномально высокой температуры наружного воздуха был осуществлен ряд мероприятий, позволивших обеспечить потребителям подачу воды соответствующего нормативным требованиям качества в необходимом количестве.

Особое внимание уделялось прогнозированию водопотребления с учетом его зависимости от температуры наружного воздуха. Для оценки значимости температурного фактора были сопоставлены изменения суточного водопотребления q в аналогичные дни 2010 и 2009 годов (период с 14 июня по 29 августа 2010 г. и период
с 15 июня по 30 августа 2009 г.) с соответствующими им величинами разности среднесуточной температуры t (рис. 3).

Заметное, хотя и краткосрочное, снижение среднесуточной температуры в начале июля 2009 г. не оказало существенного влияния на водопотребление. Поэтому можно предположить, что значительное влияние температуры наблюдается лишь при достижении ею определенного порогового среднесуточного значения. Еще более очевидным это становится при рассмотрении диаграммы рассеяния (рис. 4). Невысокий коэффициент детерминации (~ 0,5) позволяет утверждать, что простая линейная модель зависимости водопотребления от температуры в данном случае неэффективна. Тем не менее, тенденция к возрастанию водопотребления с увеличением температуры требует своего описания.

Предположение о пороговом характере воздействия температуры на водопотребление позволяет ожидать, что, если исключить из анализа колебания температуры в 2009 г., а в качестве независимой переменной рассмотреть непосредственно температуру в 2010 г., то искомая зависимость станет гораздо отчетливее. Чтобы исключить из анализа действующие на протяжении года сезонно обусловленные факторы (недельная цикличность и т. п.), в качестве зависимой переменной была выбрана разница водопотребления 2010–2009 годов, а не само значение водопотребления 2010 г. Для указанных величин также была построена диаграмма рассеяния. С целью исключения влияния небольших случайных флуктуаций было произведено сглаживание данных методом скользящей средней на интервале в 7 дней. Из рис. 5 видно, что в области среднесуточных температур менее ~ 23–25°C наблюдается слабая зависимость водопотребления от температуры, а в области высоких температур (более 25°C) она достаточно высока (R² ≈ 0,75).

Таким образом, подтверждается исходное предположение, что зависимость в целом носит пороговый характер. Тенденция к увеличению водопотребления при повышении температуры начинает проявляться у населения лишь по мере выхода из зоны комфортного существования (~ 23 C) и практически не наблюдается в ее
пределах.

На основании полученной корреляционной зависимости можно утверждать, что выше зоны температурного комфорта при повышении температуры на 1°C водопотребление в Москве увеличивается на ≈ 61 тыс. м³/сут, при стандартной ошибке этой величины ≈ 6500 м³/°C в сутки (8%). При этом среднее снижение водопотребления по сравнению с 2009 г. за вычетом выявленного температурного фактора составило 1,5 млн. м³/год при стандартном отклонении 130 тыс. м³/сут (9%). Стандартное отклонение прогнозируемой величины водопотребления составляет ≈ 108 тыс. м³/сут. Статистика остатков близка к гауссовой (асимметрия распределения – 0,206 при стандартном ее отклонении 0,319, эксцесс – 0,3 при стандартном отклонении 0,63), т. е. формирование отклонений от выявляемого закона с высокой степенью вероятности может быть связано с сочетанием множества случайных, слабо связанных между собой факторов. Уникальность установления аномальных температур не дает возможности выявлять исследуемую зависимость с большей степенью точности.

Таким образом, погодные аномальные явления привели к существенному увеличению водопотребления в городе. Однако резервы мощностей водопроводных сооружений МГУП «Мосводоканал» позволили в полной мере удовлетворить возросшую потребность в воде.

Выводы

Работа системы водоснабжения города зависит от множества факторов. Несомненно, одним из них является температура наружного воздуха. Выявленные закономерности, обусловленные влиянием температуры, позволяют повысить точность прогнозирования водопотребления и соответственно задавать оптимальные режимы подачи воды в город.