vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2024-26-2-132-147LBCJAFvestniktgasu-1742Research ArticleВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВWATER SUPPLY, SEWERAGE, BUILDING SYSTEMS OF WATER RESOURCE PROTECTIONМетод моделирования продолжительности и частоты водопотребления различными водоразборными устройствамиMathematical simulation of duration and frequency of water consumption by various water dispensersПоливановД. Е.PolivanovD. E.

Дмитрий Евгеньевич Поливанов, аспирант

190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4

Dmitry E. Polivanov, Research Assistant

4, 2nd Krasnoarmeiskaya Str., 190005, Saint-Petersburg

dmitry_polivanov@mail.ruСанкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университетРоссияSaint-Petersburg State University of Architecture and Civil EngineeringRussian Federation202426042024262132147Copyright © Поливанов Д.Е., 20242024Поливанов Д.Е.Polivanov D.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1742

Постановка задачи. Значения расчетных расходов воды, получаемые при помощи существующих детерминированных моделей и методов, не могут отразить фактическую изменчивость режимов работы водопроводной сети. Однако данная задача может быть решена при помощи имитационного моделирования. Стохастическая природа процесса водопотребления подразумевает использование при его описании ряда случайных величин с определенными законами распределения, характеризующими основные составляющие данного процесса: интенсивность, продолжительность и частоту.В настоящей работе рассматриваются вопросы математического описания продолжительности и частоты водопотребления наиболее распространенными типами водоразборных устройств: смесителями кухонной мойки и ванны (душевой кабины), унитазом со смывным бачком, стиральной и посудомоечной машинами. Цель работы – обоснование метода математического моделирования продолжительности водопотребления различными водоразборными устройствами, а также частоты (вероятности) их использования в течение суток.Результаты. Приведены результаты исследования продолжительности и частоты водопотребления различными водоразборными устройствами, использующими воду из внутренней системы водоснабжения здания. Представлены результаты анализа эмпирических данных, полученных в ходе исследования, а также расчетов, выполненных на их основе.Выводы. Предложен и обоснован метод математического моделирования продолжительности непрерывного водопотребления наиболее распространенными типами водоразборных устройств, а также частоты (вероятности) их использования в течение суток.

Water flow rates calculated by using deterministic models and methods do not describe the real variability in the water supply operation. This problem can be solved by mathematical simulation. The stochastic nature of the water consumption process implies involves random variables with certain distribution laws describing the main process components, namely intensity, duration and frequency.This paper discusses the mathematical simulation of the duration and frequency of water consumption by the most common types of water dispensers (kitchen sink and bathtub faucets (shower cubicle), toilet bowl with flush tank, washing machine and dishwasher).Purpose: The aim of this work is to evaluate and substantiate theoretical laws of the water consumption by the most common types of water dispensers as well as the frequency (probability) of their daily use.Research findings: The duration and frequency are determined for water consumed by various water dispensers using water supply systems of buildings. The empirical data are analyzed. Mathematical simulation method is proposed and justified for the water consumption process.

частотапродолжительностьсистема водоснабженияводопотреблениерасход водывероятностная модельстохастический процессfrequencydurationwater supply systemwater consumptionprobabilistic modelstochastic processReferencesHeidari A., Navimipour N.J., Unal M. Applications of ML/DL in the management of smart cities and societies based on new trends in information technologies: A systematic literature review // Sustainable Cities and Society. 2022. V. 85. P. 104089.Heidari A., Navimipour N.J., Unal M. Applications of ML/DL in the management of smart cities and societies based on new trends in information technologies: A systematic literature review. Sustainable Cities and Society. 2022; 85: 104089.Гвоздицкий М.А., Огороднова Ю.В., Лейтес Д.С. Принципы построения среды общих данных информационной модели строительного объекта в облачном сервисе // Архитектура, строительство, транспорт. 2022. № 3. С. 74–81. DOI: 10.31660/2782-232X-2022-3-74-81Gvozditsky M.A., Ogorodnova Yu.V., Leites D.S. Principles of building shared data environment of information model of construction object in a cloud service. Arkhitektura, stroitel'stvo, transport. 2022; (3): 74−81. DOI: 10.31660/2782-232X-2022-3-74-81 (In Russian)СП 30.13330.2020. Внутренний водопровод и канализация зданий. 2020.SP 30.13330.2020 "Internal water supply and sewerage of buildings". 2020. (In Russian)Новицкий Н.Н., Вантеева О.В. Задачи и методы вероятностного моделирования гидравлических режимов трубопроводных систем // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2008. № 1 (53). С. 68–75.Novitsky N.N., Vanteeva O.V. Tasks and methods of probabilistic modeling of hydraulic modes of pipeline systems. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta. 2008; 1 (53): 68−75. (In Russian)Салугин А.Н., Балкушкин Р.Н. О применении искусственных нейронных сетей для моделирования водопотребления // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2021. № 1. С. 70–85. DOI: 10.35567/1999-4508-2021-1-5Salugin A.N., Balkushkin R.N. Artificial neural networks for water consumption modeling. Vodnoe khozyaistvo Rossii: problemy, tekhnologii, upravlenie. 2021; (1): 70−85. DOI: 10.35567/1999-4508-2021-1-5 (In Russian)Карамбиров С.Н., Уманский П.М., Бекишева Л.Б. Распределение гидравлических параметров в системе подачи и распределения воды при штатных и послеаварийных режимах работы // Природообустройство. 2012. № 4. С. 48–51.Karambirov S.N., Umansky P.M., Bekisheva L.B. Distribution of hydraulic parameters in water supply and distribution system under normal and post-emergency operating modes. Prirodoobustroistvo. 2012; (4): 48−51. (In Russian)Николенко И.В., Рыжаков А.Н. Нелинейная модель оптимизации параметров силовых агрегатов насосной станции подкачки системы водоснабжения // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2019. № 4 (724). С. 47–63.Nikolenko I.V., Ryzhakov A.N. Nonlinear model for parameter optimization of pumping station units for water supply systems. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2019; 4 (724): 47−63. (In Russian)Чупин В.Р., Душин А.С. Оценка надежности водообеспечения эксплуатируемых систем подачи и распределения воды // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2009. № 3 (39). С. 186–191.Chupin V.R., Dushin A.S. Reliability assessment of water supply and distribution systems. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2009; 3 (39): 186−191. (In Russian)Карамбиров С.Н., Манукьян Д.А., Бекишева Л.Б. Оценка надежности подачи воды системами водоснабжения // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2013. № 6. С. 63–65.Karambirov S.N., Manukyan D.A., Bekisheva L.B. Reliability assessment of water supply and distribution systems. Doklady Rossiiskoi akademii sel'skokhozyaistvennykh nauk. 2013; (6): 63−65. (In Russian)Новицкий Н.Н., Вантеева О.В. Моделирование стохастики потокораспределения в гидравлических цепях // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2011. № 2. С. 122–131.Novitsky N.N., Vanteeva O.V. Modeling of flow distribution stochastics in hydraulic circuits. Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Energetika. 2011; (2): 122−131. (In Russian)Buchberger S.G., Wu L. Model for instantaneous residential water demands // Journal of Hydraulic Engineering. 1995. V. 121. № 3. P. 232–246. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9429(1995)121:3(232)Buchberger S.G., Wu L. Model for instantaneous residential water demands. Journal of Hydraulic Engineering. 1995; 121 (3): 232−246. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9429(1995)121:3(232)Alvisi S., Franchini M., Marinelli A. A stochastic model for representing drinking water demand at residential level // Water Resources Management. 2003. V. 17. P. 197–222.Alvisi S., Franchini M., Marinelli A. A stochastic model for representing drinking water demand at residential level. Water Resources Management. 2003; 17: 197−222.Vertommen I. et al. Water demand uncertainty: the scaling laws approach. Rijeka, Croatia, 2012. 160 с.Vertommen I., et al. Water demand uncertainty: The scaling laws approach. Rijeka, Croatia, 2012. 160 p.Buchberger S.G., Wells G.J. Intensity, duration, and frequency of residental water demands // Journal of Water Resources Planning and Management. 1996. V. 122. № 1. P. 11–19. DOI: https://doi.org/10.1061(ASCE)0733-9496(1996)122:1(11)Buchberger S.G., Wells G.J. Intensity, duration, and frequency of residential water demands. Journal of Water Resources Planning and Management. 1996; 122 (1): 11−19. DOI: https://doi.org/10.1061(ASCE)0733-9496(1996)122:1(11)Blokker E., Vreeburg J. Monte Carlo simulation of residential water demand: A stochastic enduse model // Impacts of global climate change. 2005. P. 1–12.Blokker E., Vreeburg J. Monte Carlo simulation of residential water demand: A stochastic enduse model. Impacts of Global Climate Change. 2005. Pp. 1−12.Mazzoni F. et al. Exploiting high-resolution data to investigate the characteristics of water consumption at the end-use level: A Dutch case study // Water Resources and Industry. 2023. V. 29. P. 100198. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wri.2022.100198Mazzoni F., et al. Exploiting high-resolution data to investigate the characteristics of water consumption at the end-use level: A Dutch case study. Water Resources and Industry. 2023; 29: 100198. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wri.2022.100198Vertommen I., Magini R., Cunha M. Scaling water consumption statistics // Journal of Water Resources Planning and Management. 2014. V. 141. № 5. DOI: 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000467Vertommen I., Magini R., Cunha M. Scaling water consumption statistics. Journal of Water Resources Planning and Management. 2014; 141 (5). DOI: 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000467Поливанов Д.Е., Семенов А.А. Исследование режима отбора воды смесителем из системы водоснабжения // Известия КГАСУ. 2023. № 2 (64). С. 60–69. DOI: 10.52409/20731523_2023_2_60Polivanov D.E., Semenov A.A. Water extraction by mixer from water supply system. Izvestiya KGASU. 2023; 2 (64): 60−69. DOI: 10.52409/20731523_2023_2_60 (In Russian)Поливанов Д.Е., Семенов А.А. BIM-технологии с элементами программирования при анализе режимов работы внутренних сетей водоснабжения зданий // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры (BIMAC 2023). Санкт-Петербург : СПбГАСУ, 2023. С. 81–91. DOI: 10.23968/BIMAC.2023.012Polivanov D.E., Semenov A.A. BIM technologies with programming elements in analysis of operating modes of water supply in buildings. In: BIM modeling in construction and architecture tasks. Saint-Petersburg, 2023. Pp. 81−91. DOI: 10.23968/BIMAC.2023.012 (In Russian)Garcia V.J. et al. Stochastic model to evaluate residential water demands // Journal of water resources planning and management. 2004. V. 130. № 5. P. 386–394.Garcia V.J., et al. Stochastic model to evaluate residential water demands. Journal of Water Resources Planning and Management. 2004; 130 (5): 386−394.Волгин П.Н., Масленникова Т.Н. Определение теоретического закона распределения случайных величин, используемых в имитационной модели // Морская радиоэлектроника. 2010. № 3–4 (33–34). С. 74–78.Volgin P.N., Maslennikova T.N. Definition of theoretical distribution law of random variables in simulation model. Morskaya radioelektronika. 2010; 3−4 (33−34): 74−78. (In Russian)Лемешко Б.Ю., Лемешко С.Б., Семенова М.А. К вопросу статистического анализа больших данных // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2018. № 44. С. 40–49. DOI: 10.17223/19988605/44/5Lemeshko B.Yu., Lemeshko S.B., Semenova M.A. Statistical analysis of big data. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika i informatika. 2018; (44): 40−49. DOI: 10.17223/19988605/44/5 (In Russian)Dempster A.P., Laird N.M., Rubin D.B. Maximum likelihood from incomplete data via the EM algorithm // Journal of the royal statistical society: series B (methodological). 1977. V. 39. № 1. P. 1–22.Dempster A.P., Laird N.M., Rubin D.B. Maximum likelihood from incomplete data via the EM algorithm. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (methodological). 1977; 39 (1): 1−22.Колмогоров А.Н. Теория вероятностей и математическая статистика : сб. статей. Москва : Наука, 1986. 535 с.Kolmogorov A.N. Probability theory and mathematical statistics. Moscow: Nauka, 1986. 535 p. (In Russian)Игнатчик В.С., Саркисов С.В., Обвинцев В.А. Исследование коэффициентов часовой неравномерности водопотребления // Вода и экология: проблемы и решения. 2017. № 2 (70). С. 27–39. DOI: 10.23968/2305-3488.2017.20.2.27-39Ignatchik V.S., Sarkisov S.V., Accusantsev V.A. Coefficients of hourly unevenness of water consumption. Voda i ekologiya: problemy i resheniya. 2017; 2 (70): 27−39. DOI: 10.23968/2305-3488.2017.20.2.27-39 (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.