Надежность систем водоснабжения и водоотведения

УДК 628 
ББК 38.761 
П75 

Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор В.А. Орлов,  
заведующий кафедрой водоснабжения и водоотведения НИУ МГСУ;  
доктор технических наук, профессор И.И. Павлинова,  
начальник Учебного центра АО «МосводоканалНИИпроект»  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Примин, Олег Григорьевич. 
П75  
Надежность систем водоснабжения и водоотведения [Электронный ресурс] : 
[учебное пособие для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство] / 
О.Г. Примин ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, 
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра водоснабжения и водоотведения. — Электрон. дан. и прогр. (2 Мб). — 
Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2021. — Режим доступа: http://lib.mgsu.ru/ — 
Загл. с титул. экрана. 

ISBN 978-5-7264-2953-3 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-2954-0 (локальное) 
 

В учебном пособии излагаются основные понятия о надежности систем водоснабжения и 
водоотведения и их элементов, приведены методика и оценка численных показателей их надежности 
и факторов, формирующих их изменение, дефекты водопроводных и водоотводящих трубопроводов 
и их причины, новые подходы к планированию реконструкции и восстановления трубопроводов, 
инженерно-технические мероприятия по обеспечению их надежности.  

Для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль «Водоснабжение 
и водоотведение городов и промышленных предприятий» в дисциплине Б1.В.ОД.1 «Надежность 
систем водоснабжения и водоотведения». Может быть полезно инженерно-техническим работникам 
в области проектирования и эксплуатации централизованных систем водоснабжения и водоотведения 
городов и поселений России. При подготовке учебного пособия использован опыт АО «МосводоканалНИИпроект» и НИИ строительной физики РААСН в области исследований надежности систем 
водоснабжения и водоотведения ряда городов России.  
 
 
Учебное электронное издание 
 
 
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2021 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Редактор Т.Н. Донина 
Корректор В.К. Чупрова 
Компьютерная правка и верстка О.В. Суховой 
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного 
 
Для создания электронного издания использовано: 
Microsoft Word 2010, ПО Adobe Acrobat Pro. 
 
 
Подписано к использованию 20.12.2021. Объем данных 2 Мб. 
 
 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет» 
129337, Москва, Ярославское ш., 26. 
 
Издательство МИСИ — МГСУ. 
Тел. (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95. 
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru 

 
 

Оглавление 

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................................... 5 

Глава 1.  ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 
И ВОДООТВЕДЕНИЯ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ .............................................................................................. 6 

Глава 2.  ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ .......................................... 9 

2.1. Показатели надежности водопроводных трубопроводов .............................................................. 9 

2.1.1. Оценка законов распределения числа отказов трубопроводов ........................................... 11 

2.2. Показатели надежности водоотводящих самотечных трубопроводов....................................... 19 

2.3. Показатели надежности напорных водоотводящих трубопроводов .......................................... 24 

Глава 3.  ДЕФЕКТЫ ВОДОПРОВОДНЫХ И ВОДООТВОДЯЩИХ ТРУБ .......................................... 29 

3.1. Водопроводные трубы .................................................................................................................... 29 

3.2. Водоотводящие трубы .................................................................................................................... 34 

Глава 4.  ПЛАНИРОВАНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ............................................ 39 

4.1. Методика планирования ................................................................................................................. 39 

4.2. Технико-экономическая оценка выбора методов и объектов восстановления 
трубопроводов ........................................................................................................................................ 46 

Глава 5.  ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДИКИ ПЛАНИРОВАНИЯ 
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ............................................................................................. 48 

Глава 6.  МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ 
ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ ........................................................................................... 52 

6.1. Мероприятия по повышению надежности водопроводной сети ................................................ 52 

6.1.1. Управление давлением в системе водоснабжения ............................................................... 52 

6.1.2. Гидравлическое моделирование. Электронные модели ...................................................... 53 

6.1.3. Активный поиск, контроль утечек и потерь воды. Инструментальный контроль 
за строительством ............................................................................................................................. 54 

6.1.4. Модернизация и реконструкция водопроводной сети ......................................................... 56 

6.1.5. Проведение ремонтов трубопроводов ................................................................................... 58 

6.2. Мероприятия по повышению надежности системы водоотведения ..................................... 58 

6.2.1. Система канализационные насосные станции —  напорные водоотводящие 
трубопроводы .................................................................................................................................... 58 

6.2.2. Предотвращение гидравлического удара как фактор повышения надежности  
напорных водоотводящих трубопроводов ...................................................................................... 62 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................................................... 66 

Библиографический список ........................................................................................................................ 67 

 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Надежность и безопасность систем централизованного водоснабжения и водоотведения — 

одно из основных требований, предъявляемых к ним. Это важнейшая составляющая здоровья 
населения и один из главных приоритетов социальной политики государства. Обеспечение 
бесперебойной и устойчивой работы систем водоснабжения и водоотведения городов и поселений 
России во многом определяется надежностью и техническим состоянием трубопроводной 
сети — наиболее дорогостоящей и уязвимой. 

Трубопроводные сети централизованных систем водоснабжения и водоотведения, как и все 

технические системы массового обслуживания, должны соответствовать своему назначению: 
они должны обладать способностью успешно выполнять функции, для которых они предназначены; обладать прочностью и долговечностью — способностью системы и ее отдельных 
элементов в течение длительного времени выдерживать заданные нагрузки в процессе работы; 
должны быть просты в эксплуатации и экономичны, т.е. иметь возможность успешно выполнять 
заданные функции при минимальной величине затрат на их сооружение и эксплуатацию [6; 7]. 

Система, созданная в полном соответствии с этими требованиями и обладающая пере
численными свойствами, способна успешно выполнять свои функции. Обоснование этой 
способности проводится методами теории надежности технических систем [9].  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1.  ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ 
ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ 

В официально принятой в нашей стране технической терминологии, а именно в ГОСТ 

27.002–89 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения», дается следующее определение понятия надежности: «Надежность есть свойство объекта выполнять заданные 
функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в 
заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования...» [8]. 
В этом определении под объектом может пониматься как система в целом, так и отдельные 
ее элементы, сооружения, механизмы, изделия. 

В процессе функционирования на системы водоснабжения и водоотведения воздействуют 
самые разные события, способные нарушить их нормальную работу. Чаще всего это отказ 
одного или нескольких элементов системы, но можно перечислить и ряд других условий: 
прекращение подачи электроэнергии, природные явления — землетрясения, оползни и т.д.  
Таким образом, проявления причин, вследствие чего снижается надежность систем водоснабжения и водоотведения, носят разнообразный характер, поэтому в технической литературе 
появились термины «конструктивная надежность», «санитарная надежность» и др., но это 
разные стороны одного и того же надежностного свойства объекта.  
Надежность объекта является комплексным свойством, ее оценивают по четырем показателям — безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости или по сочетанию этих свойств [9]. 
Различают работоспособное и неработоспособное состояния объекта (водопроводного или 
канализационного насоса, участка трубопровода, арматуры). Работоспособное — состояние, 
при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять объектом 
заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской 
документации. Если хотя бы один из таких параметров выходит за пределы требований документации, то такое состояние объекта теоретически считается неработоспособным. Переход 
объекта из работоспособного состояния в неработоспособное в теории надежности принято 
называть отказом. Таким образом, отказ — это случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.  
Все технические объекты делятся на: 

• невосстанавливаемые (неремонтируемые), работающие до первого отказа, после чего 
их дальнейшее функционирование принципиально невозможно (например по физическим 
причинам или соображениям экономической нецелесообразности) и они подлежат замене; 

• восстанавливаемые (ремонтируемые), которые после отказа могут быть отремонтированы 
(восстановлены) и снова введены в эксплуатацию, причем число циклов «отказ — ремонт» 
теоретически не ограничено. 
Для оценки надежности различных систем используются показатели надежности, позволяющие характеризовать состояние объекта с точки зрения надежности, ставя ему в соответствие 
некоторые объективные количественные оценки, определения которых однозначны, а правила 
их вычисления общеприняты [10]. Показатель надежности — количественная характеристика 
одного или нескольких свойств систем водоснабжения и водоотведения или их элементов. 
 
 
 
 

Большинство технических объектов можно рассматривать как системы, т.е. комплексы 
сооружений, устройств и тому подобных структурных частей, связанных между собой функционально и конструктивно. Каждая такая часть — это опять своеобразная подсистема, состоящая, в свою очередь, из отдельных компонентов, и т.д. Так, городская система водоотведения, 
рассматриваемая как единый объект, — это комплекс сооружений двух основных видов: 
насосных станций и транспортирующих магистралей (коллекторов, каналов, напорных трубопроводов). Эти сооружения далее могут быть представлены в виде подсистем, которые можно 
подразделить на устройства [10]. 
Таким образом, определение сооружения, подсистемы или устройства отчасти условно и 
зависит от уровня детализации при решении конкретной надежностной задачи, а иногда от 
объема и доступности статистических данных наблюдений за исследуемым объектом [10]. 

Для любых расчетов по оценке надежности различных изделий и элементов технических 

систем необходимо получение данных об их фактической работе. В зависимости от типа 
отдельных элементов и их функций могут использоваться различные методы получения 
указанных сведений. Для стандартных изделий массового промышленного изготовления эти 
сведения обычно получают путем заводских испытаний большого числа образцов изделий. 

Для систем водоснабжения проводятся испытания водопроводной арматуры, задвижек, 

клапанов, пожарных кранов, насосов и ряда других стандартных изделий, механизмов и приборов. Однако такие элементы систем, как участки трубопроводов водопроводной и водоотводящей сетей, не могут быть отнесены к типовым (стандартным) изделиям, и показатели их 
надежности должны определяться для отдельных участков эксплуатируемых систем путем 
сбора и обработки данных по их аварийности в реальных условиях эксплуатации.  

Показатели надежности элементов подобного рода могут быть определены только в ре
зультате длительных наблюдений за их работой в процессе эксплуатации, систематического 
сбора и обработки статистических данных обо всех повреждениях и авариях. Чем больше ряд 
наблюдений и длительность их периода, чем большее число однородных элементов подвергается наблюдению (или испытанию), тем достовернее будут полученные для них показатели 
надежности. Поэтому полноценная система регистрации аварий и повреждений элементов 
системы является весьма важной. 

Все оценки надежности систем водоснабжения и водоотведения имеют вероятностный 

характер. Численные показатели вероятности случайных событий измеряются в долях единицы 
или в процентах. Нельзя рассматривать вероятность наступления каких-либо случайных событий 
без отнесения их к какому-либо конечному промежутку времени. Надежность какого-либо 
элемента системы водоснабжения будет тем больше, чем больше вероятность его безотказной 
работы. 

Очевидно, что надежность работы систем водоснабжения и водоотведения во многом 
определяет уровень жизни и благоустройства населенных мест, комфортность проживания, 
развитие промышленности и инфраструктуры города. 

Под надежностью систем водоснабжения следует понимать их свойство выполнять 

заданные функции водообеспечения потребителей, сохраняя во времени установленные 
эксплуатационные показатели в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям 
эксплуатации [3]. 

 
 
 
 
 

Функцией системы водоснабжения является обеспечение обслуживаемого объекта (города, 

промышленного предприятия) водой в заданных количествах, заданного качества, а также 
поддержание требуемых напоров в системе распределения воды [10]. Выполнение всех предъявленных системе водоснабжения требований обеспечивает нормальный уровень качества ее 
функционирования. 

Одним из важнейших свойств, наиболее полно отражающих сущность понятия надежности, 

является «безотказность», т.е. свойство системы водоснабжения (или ее элемента, например 
участка трубопровода) непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени 
или некоторой наработки. 

В процессе эксплуатации системы водоснабжения могут возникнуть различные нарушения 

нормальной работы отдельных сооружений и элементов системы, что неизбежно вызывает 
определенные нарушения нормальных функций системы в целом, т.е. приводит к снижению 
нормального уровня водоснабжения обслуживаемого объекта. Допустимые пределы такого 
снижения предусматриваются в СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. 
Актуализированная редакция СНиП 2.04.02–84* [11].  

Надежность системы водоотведения характеризуется сохранением необходимой расчетной 

пропускной способности и степени очистки сточных вод при изменении (в определенных 
пределах) расходов сточных вод и состава загрязняющих веществ, условий сброса их в водные 
объекты, в условиях перебоев в электроснабжении, возможных аварий на коммуникациях, 
оборудовании и сооружениях, производства плановых ремонтных работ, а также ситуаций, 
связанных с особыми природными условиями (сейсмика, просадочность грунтов, вечная 
мерзлота). 

 
Вопросы для самопроверки 

1. В чем заключается понятие надежности систем водоснабжения и водоотведения? 
2. Что является функцией системы водоснабжения? 
3. Что такое работоспособное и неработоспособное состояния объекта? 
4. Какие свойства отображают функцию надежности?