عنوان :

مقاله ارزیابی و شبیه سازی عملکرد شبکه آبرسانی شهر

تعداد صفحات :۲۳

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

     چکیده

درحال حاضر , تمامی شهرهای ایران دارای شبکه بهداشتی تو زیع آب  می باشند .ولی این شبکه ها که قدمت بسیاری از انها از ۴۰ سال نیز تجاوز می کند, نیاز به بررسی و رسیدگی گسترده دارند . تعیین نقاط قوت و ضعف شبکه ها امری است که با انجام تحقیقات اصولی ,مدون و برنامه ریزی شده به نتیجه خواهد رسید . فقدان منابع آب سطحی دائمی در بسیاری از حوزه های آبریز ایران , و نیز هزینه نسبتاً بالای تصفیه آن برای مصارف شرب , استفاده از منابع زیرزمینی را به صورت امری اجتناب ناپذیر در آورده است . این منابع به دلیل برداشت بیش از اندازه , به منابع جبران ناپذیر تبدیل شده و در برخی مناطق مانند استان های تهران , خراسان و کرمان وضعیت نگران کننده ای پیدا کرده اند. لذا بررسی وضعیت شبکه های آبرسانی تمام استانها به خصوص استانهای مذکور که در آینده با مشکل تامین اب مواجه خواهند شد , به ویژه برای برآورده ساختن انتظارات مشترکین شرکت های آب و فاظلاب امری ضروری به نظرمیرسد .  با توجه به ضرورت اشاره شده برای بررسی شبکه آبرسانی شهرهای استان خراسان ,شهر فریمان به عنوان نمونه انتخاب و مسائل موجود در ان از قبیل میزان مصرف و نحوه تغییرات آن , وضعیت شبکه موجود , میزان آب به حساب نیامده و اتفاقات شبکه مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. متوسط مصرف سرانه ,ضرایب حداکثر روزانه و ساعتی مصرف , و نیز مقدار نشت برای شهر مورد نظر اندازهگیری شده و با استانداردهای موجود در ایران مقایسه شده اند. سپس به کمک روش اعمال دبی مصرفی پیشنهادی در این تحقیق,کالیبراسیون شبکه صورت پذیرفته که کشف دوشیربسته در مسیر اصلی لوله های شهر از نتایج قابل توجه آن می باشد. هم چنین بررسی حوادث و اتفاقات در شبکه ابرسانی شهر مذکور نیز نشان داد که بیشترین تعداد حوادث مربوط به لوله های از جنس پلی اتیلن می باشد.

تجزیه و تحلیل شبکه آبرسانی شهر فریمان و اندازه گیری های به عمل آمده برای شهر مذکور نتایج زیر را در بر داشته است :

نتایج کالیبراسیون شبکه آبرسانی شهر فریمان موید نقض و ناکارامدی نقشه های موجود است. این نواقص که شامل اطلاعات فیزیکی و هیدرولیکی می باشد , امکان بهره برداری مناسب از شبکه ها و توسعه آن ها را با مشکلات عدیده ای مواجه می کند . لذا توجه مسولین مربوطه به رفع این معضل بسیار ضروری به نظر می رسد .

روش استفاده از تعداد مشترکین هر شاخه لوله برای تعیین میزان مصارف گرهی , به صورت تقسیم مصرف مشترکین به نسبت مساوی برای گره های ابتدا و انتها ( در صورتی که قطر انشعابات یکسان باشد ) از دقت خوبی برخوردار بوده و برای مدل سازی شبکه های موجود مناسب است.

بررسی دقت کنتورهای  مشترکین فریمان (از نوع آبفر ) نشان داد که متوسط خطای این کنتورها ۲ درصد بوده و در اندازه گیری ها قابل اعتماد می باشند .

نشت اندازه گیری شده برای کل شهر فریمان نشان می دهدکه با وجود فشار کافی در شبکه و با توجه به عمر بالای شبکه , تلفات این شبکه در حد قابل قبولی بوده و می تواند دلیل بر اجرای خوب شبکه و رفع به موقع  اتفاقات شبکه باشد.

آمار جمع آوری شده در مورد اتفاقات شبکه آبرسانی شهر فریمان برتری کیفیت لوله های آزبست را نسبت به لوله های پلی اتیلن و فولادی نشان می دهد. بالا بودن تعداد تولید کنندگان لوله های پلی اتیلن , امکان کنترل و بازرسی کیفیت تولیدات آنها راکاهش داده است . علیرغم ساده بودن عملیات اجرای این لوله ها , اعمال استانداردهای لوله گذاری در این نوع لوله ها بسیار حساس تر است . لذا کم دقتی در اجرای لوله گذاری می تواند دلیل دیگر این مشکل باشد .

اجرای مدیریت فشار با استفاده از مخازن هوایی و متعادل ساز و عدم اتصال مستقیم خط رانش پمپها به شبکه به کمک مخزن هوایی و تغییر وضعیت شیرهای خط انتقال در ساعات کم مصرف از اقداماتی است که می تواند در کاهش تلفات موثر باشد.

واژه های کلیدی  :  شبکه آبرسانی , آب به حساب نیامده , فریمان , فشار , مصرف سرانه آب                        

فهرست مطالب

چکیده   ۱
مقدمه   ۲
شبکه آبرسانی شهر فریمان   ۲
مصرف سرانه آب   ۳
تغییرات مصرف   ۴
مدل سازی شبکه آبرسانی شهر فریمان   ۵
آب به حساب نیامده   ۸
تلفات غیر فیزیکی   ۸
تلفات فیزیکی   ۱۱
بررسی اتفاقات شبکه   ۱۵
نتیجه گیری   ۱۷
منابع ومراجع   ۱۹

منابع ومراجع

امینی,پ. ,(۱۳۸۰).”بررسی آب به حساب نیامده”, پایان نامه کارشناسی ارشد ,دانشکده فنی و مهندسی, دانشگاه مازندران

سالمی, ا. , (۱۳۸۱) .” بهینه سازی نحوه توزیع و مصرف آب شرب شهر های خراسان ( پایلوت شهر فریمان ) , پایان نامه کارشناسی ارشد ,دانشکده فنی و مهندسی, دانشگاه مازندران

سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور, (۱۳۷۱) . “مبانی و ضوابط طراحی طرح های أبرسانی شهری”, نشریه ۳-۱۱۷, دفتر تحقیقات و معیارهای فنی.

میر صادقی, ج., (۱۳۷۷) ,”مدیریت کمی و کیفی پویا در شبکه های آب شهری “,مجله آب ومحیط زیست , شماره۲۷,ص ۲۳-۶

والیر,و.د., (۱۳۷۸) , “رهنمودهایی برای سیاست گذاری و اجرای روشهای عملی کنترل و کاهش آب به حساب نیامده “, دفتر مطالعات کاهش آب به حساب نیامده, شرکت مهندسی آب و فاضلاب کشور .

تابش, م., (۱۳۷۸) ” مبانی تئوریک نشت در شبکه های توزیع آب شهری”, مجله آب ومحیط زیست , شماره۳۷,ص ۱۶-۱۰٫

Jowitt, p.w.,and Xu,C.,(1990),”Optimal Valve Control in Water Distribution Networks ”,J.of Water Res. Plann & Manag.,ASCE, Vol.116 , No.4 , pp: 455- 472.

Sterling, M., and Bargiela, A., (1984). “Leakage Reduction by Optimised Control of Valve in Water Networks “ Trans . Inst. Meas.Control,6, pp :293-298

Vairavamoorthy, K., and Lumbers, J.,(1998). “Leakage Reduction in Distribution Systems: Optimal Valve Control” , J. of Water Hyd . Eng., ASCE, Vol.124 ,No.11 ,pp:1146-1154.

مقدمه

درحال حاضر , تمامی شهرهای ایران دارای شبکه بهداشتی تو زیع آب  می باشند .ولی این شبکه ها که قدمت بسیاری از انها از ۴۰ سال نیز تجاوز می کند, نیاز به بررسی و رسیدگی گسترده دارند . تعیین نقاط قوت و ضعف شبکه ها امری است که با انجام تحقیقات اصولی ,مدون و برنامه  ریزی شده به نتیجه خواهد رسید . بازسازی با کالیبراسیون نقشه شبکه های موجود , ارزیابی میزان مصرف و تغییرات آن , تعیین مناطق ضعیف شبکه از لحاظ فشار (در زمان پیک مصرف یا در صورت بهره برداری از شیرهای آتش نشانی ), تلفات و اتفاقات و امثال آن از نمونه فعالیتهای لازم برای این منظور می باشند . از طرفی اطلاعات اساسی مورد نیاز برای طراحی شبکه های آبرسانی مانند متوسط مصرف سرانه و ضرایب حداکثر روزانه وساعتی , در کشور ما عمدتاً از منابع خارجی اقتباس می شود . این اطلاعات ممکن است برای تمام مناطق کشور ما صد در صد قابل تعمیم نباشد . لذا بازنگری با اندازه گیری مستقیم , برای مناطق مختلف کشور ,در بعضی موارد به شدت احساس می شود . به همین منظور مطالعاتی برای بعضی از شبکه های آبرسانی شهرهای مختلف که در سال های اخیر بیشتر شامل وضعیت آب به حساب نیامده می باشد , صورت پذیرفته است]۱[. در این مقاله اندره گیریهای صورت گرفته برای شبکه آبرسانی شهر فریمان ارائه و نتایج آن مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.

شبکه آبرسانی شهر فریمان

شهرستان فریمان در شمال شرقی شهر مشهد واقع شده و از جنوب غربی به سمت شمال شرقی دارای شیب نسبتاً ملایم یک درصدی می باشد . شبکه آبرسانی شهر فریمان که حدود ۴۰سال پیش با استفاده از قنات فعالیت خود را آغاز کرده , اکنون با ۸ حلقه چاه, ۶۰ کیلومتر طول شبکه و یک مخزن ذخیره۵۰۰۰ متر مکعبی دارای ۶۵۰۰ مشترک می باشد کهشرکت آب و فاضلاب فریمان آن را  به ۶ منطقه تقسیم نموده است. در سال ۱۳۷۵ جمعیت این شهر ۲۶۹۶۶ نفر بوده است. محاسبات جمعیتی برای سال ۱۳۸۰ ,جمعیت شهر را ۲۹۴۰۰ نفر نشان می دهد]۲[.

مصرف سرانه آب

سرانه مصرف خانگی : با نمونه گیری تصادفی از ۵ درصد مشترکین خانگی که حدود ۳۰۰ نمونه را شامل می شود ,و تعیین مصرف برای هر مورد , میانگین مصرف سرانه خانگی در سه سال متوالی محاسبه گردید . نتایج به دست آمده برای مصرف سرانه خانگی و نیز مصرف مشترکین خانگی در جدول ۱ خلاصه شده است ]۳[. همانطور که از جدول مذکور پیداست , متوسط سرانه در سه سال ۷۸,۷۷ و۷۹ برابر ۶/۱۳۱ لیتر برای هر نفر در شبانه روز می باشد .

سرانه مصرف تجاری : همانند تعیین مصرف سرانه خانگی , میانگین مصرف سرانه تجاری نیز با نمونه گیری از ۵ درصد مشترکین (معادل ۱۶ مشترک) انجام شد که نتایج آن نیز در جدول ۱ارائه شده است.با توجه به میانگین ۸/۳۶۹ لیتر در روز که برای هر واحد تجاری به دست آمده و نیز با توجه به جدول ۱ وتعداد ۳۷۳ مشترک تجاری شبکه و جمعیت ۲۹۴۰۰ نفر محاسبه شده برای سال  ۱۳۸۱ , سرانه مصرف تجاری  به ازای هر نفر ۷/۴ لیتر خواهد بود.

 سرانه مصرف عمومی وصنعتی : کلیه مصارف عمومی اعم از ادارات , سازمانها , اماکن مذهبی و … و مصارف صنعتی ,براساس شرکت آب و فاضلاب خراسان ۲۷۰۸۳۲ متر مکعب درسال بوده که سرانه هر نفر ۲۴/۲۵ لیتر در روز را نتیجه می  دهد .

سرانه مصرف فضای سبز : با اندازه گیری به عمل آمده  , مصرف ۵/۱۲ هکتار فضای سبز فریمان در یک روز ,۱۷/۲۸۴ متر مکعب به دست آمده است. براین اساس سرانه مصرف فضای سبز ۶۷/۹ لیتر در روز بالغ می گردد . این در حالی است که شهر فریمان در منطقه پنج آب وهوایی , یعنی منطقه مدیترانه ای با باران بهاره , واقع شده و مصرف روزانه  فضای سبز برای این مناطق ۴ تا۱۰ لیتر در روز به ازای هر متر مربع در نظر گرفته شده است ]۳[ .

سرانه نشت شبکه : در بخش آب به حساب نیامده , اشره خواهد شد که نشت کل شبکه کمتر از ۲۰% می باشد . لذا درصد نشت همان ۲۰% در نظر گرفته می شود ]۳[ .

از مجموع مصارف فوق , متوسط سرانه مصرف در شهر فریمان برابر ۵/۲۰۵ لیتر به ازای هر نفر در شبانه روز به دست می آید.

تغییرات مصرف

تغییرات روزانه مصرف : به منظور تعیین نحوه تغییرات روزانه مصرف آب در شهر فریمان ,قرائت کنتور چاه ها در شش ماهه اول سال ۸۰ انجام شد که منحنی تغییرات روزانه مصرف در ماه های پر مصرف تیر , مرداد و شهریور در شکل ۱ ارائه شده است .با توجه به ارقام ثبت شده , متوسط مصرف روزانه ,۳/۶۴۲۳ متر مکعب به دست آید و حداکثر مصرف روزانه , ۹۸۱۰ متر مکعب می باشد که در روز پنجم تیرماه اتفاق افتاده است . به این ترتیب می توان حداکثر مصرف روزانه (۱c )را با تقسیم حداکثر مصرف روزانه به متوسط مصرف روزانه تعیین نمود :

C1 = 53/1

توضیح این نکته ضروری است که , نسبت به دست آمده فوق ,برای شش ماه اول سال بوده و تعمیم آن برای کل سال با قدری خطا همراه خواهد بود. ضمن این با توجه به فرهنگ کشور ما که مصرف آب در اواخر اسفند ماه به طور قابل توجهی افزایش پیدا می کند , ضریب فوق می تواند تحت تاثیر قرار گیرد.

تغییرات ساعتی مصرف : نحوه تغییرات ساعتی مصرف آب در شهر فریمان ,از طریق آزمایش ۲۴ ساعته به مدت یک هفته از بیست و چهارم تا سی اردیبهشت ماه ۱۳۸۰ اندازه گیری و نتایج به دست آمده در شکل ۲ نشان داده شده است . با توجه به این منحنی ها ضریب حداکثر مصرف ساعتی (۲c ) برای روز جمعه که بیشترین تغییرات را دارا است , از تقسیم حداکثر مصرف ساعتی ( d / l 94 / 113 ) بر متوسط مصرف روز مذکور ( d / l 10 / 78 ) به دست آمده و برابر خواهد بود با :

C46/1 = 2

لازم به ذکر است که اگر آزمایش فوق در پر مصرف ترین روزهای سال (برای شهر فریمان تیرماه) صورت می گرفت , ضریب فوق  با تعریف آن تطابق بیشتری داشت , ولی انجام ان  در ماه ذکر شده در این تحقیق ,به دلیل محدودیت زمانی , میسر نبوده است . به عبارت دیگر فرض گردیده که نحوه توزیع مصرف ساعتی در روزهای مختلف سال یکسان می باشد.

مدل سازی شبکه آبرسانی شهر فریمان

تهیه مدل واقعی شبکه آبرسانی , برای انجام مطالعات و عملیات مختلف بهره برداری مانند مکان یابی شکستگی ها ( نشت یابی ) , مدیریت فشار شبکه , تعیین استراتژی های بهره برداری و … ضروری است . به منظور تهیه مدل واقعی  و انطباق آن با واقعیت موجود مدل مورد نظر باید کالیبره گردد. به طور کلی هدف از مدل سازی شبکه های توزیع آب , درک کاملتر عملکرد شبکه در وضعیت موجود است , به طوری که بتوان با اشکار نمودن رفتار هیدرولیکی شبکه ضمن پیش بینی مشخصه های کمی و کیفی آب , عملیات اصلاح و بهسازی را به نحو موفقیت آمیزی به مرحله اجرا در آورد]۴[ .

به طور کلی مدل سازی شبکه های موجود شامل مراحل مطالعات شبکه , مطالعات نیاز آبی , اندازه گیری های محلی و کالیبره نمودن مدل می باشد .

انجام کالیبراسیون شبکه , نیازمند نرم افزاری  است که بتواند شبکه رابه طور دینامیکی شبیه سازی کند. از شبیه سازی دینامیکی می توان برای دست یابی به مقادیر دبی و فشار بین ساعات حداکثر و حداقل جریان استفاده نمود . در شبیه سازی دینامیکی یا دوره گسترش یافته , جریان های متفاوتی در طول فواصل زمانی متعدد , با این فرض که دبی و فشار در هر زمانی ثابت باشند ,شبیه سازی می شوند . به این منظور در این  تحقیق از نرم افزارEPANET2 که چنین قابلیت هایی را داشته  وکاربری آن نیز نسبتاً ساده می باشد ,برای کالیبراسیون شبکه استغاده شده است .

برای مدل سازی شبکه آب موجود شهر فریمان , کلیه لوله های با قطر بالاتر از ۱۰۰ میلی متر و بعضی لوله های کوچکتر از ۱۰۰ میلی متر که در حلقه های اصلی شبکه موجود بودند , در نظرگرفته شدند .به این ترتیب مدلی با ۱۷۰ شاخه لوله و ۱۳۲ گره حاصل گردید و مشخصات آنها که عمدتاً شامل طول , عمر لوله ,ضریب هیزن _ ویلیامز و تعداد مشترکین هر شاخه می باشد , به عنوان اطلاعات ورودی به نرم افزار EPANET2 معرفی شدند (شکل ۳ ). با تعیین تعداد مشترکین هر لوله و توزیع آن به نسبت مساوی بر گره های ابتدا و انتهای شاخه , دقت برآورد دبی مصرفی در گره ها که در روشهای سنتی به کمک تراکم جمعیت توزیع می شود ,بسیار بالا رفته و به واقعیت نزدیکتر می گردد . ضریب هیزن _ ویلیامز نیز با توجه به عمر لوله از مراجع و کتب طراحی و نیز براساس قضاوت مهندسی حدس زده شده وبا استفاده از کالیبراسیون مدل تصحیح گردید.

مرحله دوم مطالعات , مربوط به نیاز آبی است که در آن باید تغییرات مصرف را به صورت لحظه ای (ساعتی ) به دست آورد ,تا امکان شبیه سازی دینامیکی و کالیبراسیون شبکه فراهم شود . به این منظور مصرف لحظه ای کل شهر ( دبی خروجی از مخزن ذخیره) در فواصل زمانی نیم ساعته اندازه گیری و به نسبت تعداد مشترکین هر گره در شبکه به عنوان دبی مصرفی آن گره اعمال گردید.

مرحله سوم که اندازه گیری های محلی را شامل می شود , با توجه به امکانات موجود ,همزمان با اندازه گیری مصرف کل شهر به نحوی که اشاره شد , فشار تعدادی از گره های شبکه (بیش از ۳۰ درصد) اندازه گیری  وثبت گردید.

در مرحله کالیبراسیون مدل , شبکه توسط نرم افزار EPANET2 به طور دینامیکی تحلیل شده , فشارهای محاسبه شده با فشارهای گره های متناظر اندزه گیری  ومقایسه می گردند . چنانچه این مقادیر اختلاف فاحشی داشته باشند , با تغییر ضرایب هیزن _ ویلیامز لوله های موثر در فشار گره های مورد نظر , نتایج اصلاح می گردد. این عملیات تا زمانی ادامه می یابد که مقادیر محاسبه شده و اندازه گیری شده تا حد قابل قبولی به یکدیگر نزدیک شوند.

کشف دو شیر بسته در مسیر اصلی ترین  لوله شهر که باعث عبور جریان از یک مسیر طولانی و در نتیجه ایجاد افت انرژی بالا  می شدند , از نتایج جالب کالیبراسیون این شهر بود . مقایسه بین فشارهای محاسبه شده و اندازه گیری توسط نرم افزار EPANET2 در جدول ۲ ارائه شده است . ضریب همبستگی بین اعداد فوق برابر ۹۰۷/۰ به دست می آید که نشان از نزدیکی مدل با واقعیت دارد.

آب به حساب نیامده

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .