ارزيابي و شبيه سازي عملكرد شبكه آبرساني شهر فريمان

مصرف روز افزون منابع محدود آب ,به دليل رشد جمعيت شهرها , پيشرفت صنايع و رشد سطح فرهنگ مردم , بررسي دقيق و همه جانبه شبكه ها و تاسيسات توزيع آب را ضروري مي سازد . فقدان منابع آب سطحي دائمي در بسياري از حوزه هاي آبريز ايران , و نيز هزينه نسبتاً بالاي تصفيه آن براي مصارف شرب , استفاده از منابع زيرزميني را به صورت امري اجتناب ناپذير در آورده است . اين منابع به دليل برداشت بيش از اندازه , به منابع جبران ناپذير تبديل شده و در برخي مناطق

 

مانند استان هاي تهران , خراسان و كرمان وضعيت نگران كننده اي پيدا كرده اند. لذا بررسي وضعيت شبكه هاي آبرساني تمام استانها به خصوص استانهاي مذكور كه در آينده با مشكل تامين اب مواجه خواهند شد , به ويژه براي برآورده ساختن انتظارات مشتركين شركت هاي آب و فاظلاب امري ضروري به نظرميرسد . با توجه به ضرورت اشاره شده براي بررسي شبكه آبرساني شهرهاي استان خراسان ,شهر فريمان به عنوان نمونه انتخاب و مسائل موجود در ان از قبيل ميزان مصرف و نحوه تغييرات آن , وضعيت شبكه موجود , ميزان آب به حساب نيامده و اتفاقات شبكه مورد بررسي

و ارزيابي قرار گرفته است. متوسط مصرف سرانه ,ضرايب حداكثر روزانه و ساعتي مصرف , و نيز مقدار نشت براي شهر مورد نظر اندازهگيري شده و با استانداردهاي موجود در ايران مقايسه شده اند. سپس به كمك روش اعمال دبي مصرفي پيشنهادي در اين تحقيق,كاليبراسيون شبكه صورت پذيرفته كه كشف دوشيربسته در مسير اصلي لوله هاي شهر از نتايج قابل توجه آن مي باشد. هم چنين بررسي حوادث و اتفاقات در شبكه ابرساني شهر مذكور نيز نشان داد كه بيشترين تعداد حوادث مربوط به لوله هاي از جنس پلي اتيلن مي باشد.

واژه هاي كليدي : شبكه آبرساني , آب به حساب نيامده , فريمن , فشار , مصرف سرانه آب

Assessment and Simulatoin of Fariman
Water Distribution System

Navayineya, B.(Ph.D) Sharifi, M.B.(Ph.D) Salemi, A. (M.Sc.)

Abstract

Growing population and improvementof living standard on one hand limited drinking water sources on the other , have forced the related authorities to optimize and normally extensive and upgrade the existing water distribution systems. These networks are normally extensive and costly, in which a correct methodology to keep its performance at acceptable level in needed. In this article, the city of Fariman in the

province of khorassan was selected to carry out the above studies . In this research, the design parameters such as average per capita, water consumption daily water consumption , pick hourly and daily consumption , percentage of leakage and water meter calibration water experimentally investigated. Also the information on the physical condition of exiting water distribution system and implemented and compared with recommended Iranian code of practice , and showed good agreement.

مقدمه
درحال حاضر , تمامي شهرهاي ايران داراي شبكه بهداشتي تو زيع آب مي باشند .ولي اين شبكه ها كه قدمت بسياري از انها از ۴۰ سال نيز تجاوز مي كند, نياز به بررسي و رسيدگي گسترده دارند . تعيين نقاط قوت و ضعف شبكه ها امري است كه با انجام تحقيقات اصولي ,مدون و برنامه ريزي شده به نتيجه خواهد رسيد . بازسازي با كاليبراسيون نقشه شبكه هاي موجود , ارزيابي

ميزان مصرف و تغييرات آن , تعيين مناطق ضعيف شبكه از لحاظ فشار (در زمان پيك مصرف يا در صورت بهره برداري از شيرهاي آتش نشاني ), تلفات و اتفاقات و امثال آن از نمونه فعاليتهاي لازم براي اين منظور مي باشند . از طرفي اطلاعات اساسي مورد نياز براي طراحي شبكه هاي آبرساني مانند متوسط مصرف سرانه و ضرايب حداكثر روزانه وساعتي , در كشور ما عمدتاً از منابع خارجي اقتباس مي شود . اين اطلاعات ممكن است براي تمام مناطق كشور ما صد در صد قابل تعميم نباشد . لذا بازنگري با اندازه گيري مستقيم , براي مناطق مختلف كشور ,در بعضي موارد به شدت احساس مي شود . به همين منظور مطالعاتي براي بعضي از شبكه هاي آبرساني شهرهاي مختلف كه در سال هاي اخير بيشتر شامل وضعيت آب به حساب نيامده مي باش

د , صورت پذيرفته است]۱[. در اين مقاله اندره گيريهاي صورت گرفته براي شبكه آبرساني شهر فريمان ارائه و نتايج آن مورد بررسي و تجزيه و تحليل قرار مي گيرد.

شبكه آبرساني شهر فريمان
شهرستان فريمان در شمال شرقي شهر مشهد واقع شده و از جنوب غربي به سمت شمال شرقي داراي شيب نسبتاً ملايم يك درصدي مي باشد . شبكه آبرساني شهر فريمان كه حدود ۴۰سال پيش با استفاده از قنات فعاليت خود را آغاز كرده , اكنون با ۸ حلقه چاه, ۶۰ كيلومتر طول شبكه و يك مخزن ذخيره۵۰۰۰ متر مكعبي داراي ۶۵۰۰ مشترك مي باشد كهشركت آب و فاضلاب فريمان آن را به ۶ منطقه تقسيم نموده است. در سال ۱۳۷۵ جمعيت اين شهر ۲۶۹۶۶ نفر بوده است. محاسبات جمعيتي براي سال ۱۳۸۰ ,جمعيت شهر را ۲۹۴۰۰ نفر نشان مي دهد]۲[.
مصرف سرانه آب
سرانه مصرف خانگي : با نمونه گيري تصادفي از ۵ درصد مشتركين خانگي كه حدود ۳۰۰ نمونه را شامل مي شود ,و تعيين مصرف براي هر مورد , ميانگين مصرف سرانه خانگي در سه سال متوالي محاسبه گرديد . نتايج به دست آمده براي مصرف سرانه خانگي و نيز مصرف مشتركين خانگي در جدول ۱ خلاصه شده است ]۳[. همانطور كه از جدول مذكور پيداست , متوسط سرانه در سه سال ۷۸,۷۷ و۷۹ برابر ۶/۱۳۱ ليتر براي هر نفر در شبانه روز مي باشد .

سرانه مصرف تجاري : همانند تعيين مصرف سرانه خانگي , ميانگين مصرف سرانه تجاري نيز با نمونه گيري از ۵ درصد مشتركين (معادل ۱۶ مشترك) انجام شد كه نتايج آن نيز در جدول ۱ارائه شده است.با توجه به ميانگين ۸/۳۶۹ ليتر در روز كه براي هر واحد تجاري به دست آمده و نيز با توجه به جدول ۱ وتعداد ۳۷۳ مشترك تجاري شبكه و جمعيت ۲۹۴۰۰ نفر محاسبه شده براي سال ۱۳۸۱ , سرانه مصرف تجاري به ازاي هر نفر ۷/۴ ليتر خواهد بود.

 

سرانه مصرف عمومي وصنعتي : كليه مصارف عمومي اعم از ادارات , سازمانها , اماكن مذهبي و … و مصارف صنعتي ,براساس شركت آب و فاضلاب خراسان ۲۷۰۸۳۲ متر مكعب درسال بوده كه سرانه هر نفر ۲۴/۲۵ ليتر در روز را نتيجه مي دهد .
سرانه مصرف فضاي سبز : با اندازه گيري به عمل آمده , مصرف ۵/۱۲ هكتار فضاي سبز فريمان در يك روز ,۱۷/۲۸۴ متر مكعب به دست آمده است. براين اساس سرانه مصرف فضاي سبز ۶۷/۹ ليتر در روز بالغ مي گردد . اين در حالي است كه شهر فريمان در منطقه پنج آب وهوايي , يعني منطقه مديترانه اي با باران بهاره , واقع شده و مصرف روزانه فضاي سبز براي اين مناطق ۴ تا۱۰ ليتر در روز به ازاي هر متر مربع در نظر گرفته شده است ]۳[ .

سرانه نشت شبكه : در بخش آب به حساب نيامده , اشره خواهد شد كه نشت كل شبكه كمتر از ۲۰% مي باشد . لذا درصد نشت همان ۲۰% در نظر گرفته مي شود ]۳[ .
از مجموع مصارف فوق , متوسط سرانه مصرف در شهر فريمان برابر ۵/۲۰۵ ليتر به ازاي هر نفر در شبانه روز به دست مي آيد.

تغييرات مصرف
تغييرات روزانه مصرف : به منظور تعيين نحوه تغييرات روزانه مصرف آب در شهر فريمان ,قرائت كنتور چاه ها در شش ماهه اول سال ۸۰ انجام شد كه منحني تغييرات روزانه مصرف در ماه هاي پر مصرف تير , مرداد و شهريور در شكل ۱ ارائه شده است .با توجه به ارقام ثبت شده , متوسط مصرف روزانه ,۳/۶۴۲۳ متر مكعب به دست آيد و حداكثر مصرف روزانه , ۹۸۱۰ متر مكعب مي باشد كه در روز پنجم تيرماه اتفاق افتاده است . به اين ترتيب مي توان حداكثر مصرف روزانه (۱c )را با تقسيم حداكثر مصرف روزانه به متوسط مصرف روزانه تعيين نمود :

C1 = 53/1
توضيح اين نكته ضروري است كه , نسبت به دست آمده فوق ,براي شش ماه اول سال بوده و تعميم آن براي كل سال با قدري خطا همراه خواهد بود. ضمن اين با توجه به فرهنگ كشور ما كه مصرف آب در اواخر اسفند ماه به طور قابل توجهي افزايش پيدا مي كند , ضريب فوق مي تواند تحت تاثير قرار گيرد.

تغييرات ساعتي مصرف : نحوه تغييرات ساعتي مصرف آب در شهر فريمان ,از طريق آزمايش ۲۴ ساعته به مدت يك هفته از بيست و چهارم تا سي ارديبهشت ماه ۱۳۸۰ اندازه گيري و نتايج به دست آمده در شكل ۲ نشان داده شده است . با توجه به اين منحني ها ضريب حداكثر مصرف ساعتي (۲c ) براي روز جمعه كه بيشترين تغييرات را دارا است , از تقسيم حداكثر مصرف ساعتي ( d / l 94 / 113 ) بر متوسط مصرف روز مذكور ( d / l 10 / 78 ) به دست آمده و برابر خواهد بود با :
C46/1 = 2
لازم به ذكر است كه اگر آزمايش فوق در پر مصرف ترين روزهاي سال (براي شهر فريمان تيرماه) صورت مي گرفت , ضريب فوق با تعريف آن تطابق بيشتري داشت , ولي انجام ان در ماه ذكر شده در اين تحقيق ,به دليل محدوديت زماني , ميسر نبوده است . به عبارت ديگر فرض گرديده كه نحوه توزيع مصرف ساعتي در روزهاي مختلف سال يكسان مي باشد.

مدل سازي شبكه آبرساني شهر فريمان
تهيه مدل واقعي شبكه آبرساني , براي انجام مطالعات و عمليات مختلف بهره برداري مانند مكان يابي شكستگي ها ( نشت يابي ) , مديريت فشار شبكه , تعيين استراتژي هاي بهره برداري و … ضروري است . به منظور تهيه مدل واقعي و انطباق آن با واقعيت موجود مدل مورد نظر بايد كاليبره گردد. به طور كلي هدف از مدل سازي شبكه هاي توزيع آب , درك كاملتر عملكرد شبكه در وضعيت موجود است , به طوري كه بتوان با اشكار نمودن رفتار هيدروليكي شبكه ضمن پيش بيني مشخصه هاي كمي و كيفي آب , عمليات اصلاح و بهسازي را به نحو موفقيت آميزي به مرحله اجرا در آورد]۴[ .

به طور كلي مدل سازي شبكه هاي موجود شامل مراحل مطالعات شبكه , مطالعات نياز آبي , اندازه گيري هاي محلي و كاليبره نمودن مدل مي باشد .
انجام كاليبراسيون شبكه , نيازمند نرم افزاري است كه بتواند شبكه رابه طور ديناميكي شبيه سازي كند. از شبيه سازي ديناميكي مي توان براي دست يابي به مقادير دبي و فشار بين ساعات حداكثر و حداقل جريان استفاده نمود . در شبيه سازي ديناميكي يا دوره گسترش يافته , جريان هاي متفاوتي در طول فواصل زماني متعدد , با اين فرض كه دبي و فشار در هر زماني ثابت باشند ,شبيه سازي مي شوند . به اين منظور در اين تحقيق از نرم افزارEPANET2 كه چنين قابليت هايي را داشته وكاربري آن نيز نسبتاً ساده مي باشد ,براي كاليبراسيون شبكه استغاده شده است .
براي مدل سازي شبكه آب موجود شهر فريمان , كليه لوله هاي با قطر بالاتر از ۱۰۰ ميلي متر و بعضي لوله هاي كوچكتر از ۱۰۰ ميلي متر كه در حلقه هاي اصلي شبكه موجود بودند , در نظرگرفته شدند .به اين ترتيب مدلي با ۱۷۰ شاخه لوله و ۱۳۲ گره حاصل گرديد و مشخصات آنها كه عمدتاً شامل طول , عمر لوله ,ضريب هيزن _ ويليامز و تعداد مشتركين هر شاخه مي باشد , به عنوان

اطلاعات ورودي به نرم افزار EPANET2 معرفي شدند (شكل ۳ ). با تعيين تعداد مشتركين هر لوله و توزيع آن به نسبت مساوي بر گره هاي ابتدا و انتهاي شاخه , دقت برآورد دبي مصرفي در گره ها كه در روشهاي سنتي به كمك تراكم جمعيت توزيع مي شود ,بسيار بالا رفته و به واقعيت نزديكتر مي گردد . ضريب هيزن _ ويليامز نيز با توجه به عمر لوله از مراجع و كتب طراحي و نيز براساس قضاوت مهندسي حدس زده شده وبا استفاده از كاليبراسيون مدل تصحيح گرديد.

مرحله دوم مطالعات , مربوط به نياز آبي است كه در آن بايد تغييرات مصرف را به صورت لحظه اي (ساعتي ) به دست آورد ,تا امكان شبيه سازي ديناميكي و كاليبراسيون شبكه فراهم شود . به اين منظور مصرف لحظه اي كل شهر ( دبي خروجي از مخزن ذخيره) در فواصل زماني نيم ساعته اندازه گيري و به نسبت تعداد مشتركين هر گره در شبكه به عنوان دبي مصرفي آن گره اعمال گرديد.
مرحله سوم كه اندازه گيري هاي محلي را شامل مي شود , با توجه به امكانات موجود ,همزمان با اندازه گيري مصرف كل شهر به نحوي كه اشاره شد , فشار تعدادي از گره هاي شبكه (بيش از ۳۰ درصد) اندازه گيري وثبت گرديد.

در مرحله كاليبراسيون مدل , شبكه توسط نرم افزار EPANET2 به طور ديناميكي تحليل شده , فشارهاي محاسبه شده با فشارهاي گره هاي متناظر اندزه گيري ومقايسه مي گردند . چنانچه اين مقادير اختلاف فاحشي داشته باشند , با تغيير ضرايب هيزن _ ويليامز لوله هاي موثر در فشار گره هاي مورد نظر , نتايج اصلاح مي گردد. اين عمليات تا زماني ادامه مي يابد كه مقادير محاسبه شده و اندازه گيري شده تا حد قابل قبولي به يكديگر نزديك شوند.

كشف دو شير بسته در مسير اصلي ترين لوله شهر كه باعث عبور جريان از يك مسير طولاني و در نتيجه ايجاد افت انرژي بالا مي شدند , از نتايج جالب كاليبراسيون اين شهر بود . مقايسه بين فشارهاي محاسبه شده و اندازه گيري توسط نرم افزار EPANET2 در جدول ۲ ارائه شده است . ضريب همبستگي بين اعداد فوق برابر ۹۰۷/۰ به دست مي آيد كه نشان از نزديكي مدل با واقعيت دارد.

آب به حساب نيامده
به طور كلي آب به حساب نيامده در دو بخش تلفات فيزيكي و غير فيزيكي مورد مطالعه مي گيرد .
تلفات غير فيزيكي
تلفات غير فيزيكي , آن بخش از آب مصرفي است كه به دليل عدم مديريت دقيق بر مصرف آب به وجود مي آيد ,كه مي توان آنها را در دسته مورد بررسي قرار داد:

تلفات آب ناشي از عدم دقت كنتور مشتركين : تلفات ناشي از عدم دقت كنتور مشتركين با تعيين ضريب تصحيح كنتورها , CF , به دست مي آيد كه برابر با نسبت مصرف واقعي مشتركين به مصرف تعيين شده توسط كنتور مشتركين مي باشد .
براي تعيين ضريب تصحيح كنتور مشتركين شبكه آب فريمان , از ۵ كنتور آلماني به عنوان كنتور مبنا استفاده شد كه ضريب تصحيح كنتورهاي مذكور از طريق توزين مقدار آب عبوري از كنتور , مشخص گرديدند.
توصيه بانك جهاني در مورد ضريب تصحيح متوسط كنتور مشتركين , تعيين ضريب تصحيح كنتورها در دو دبي حداكثر و حداقل به صورت آزمايشگاهي , و محاسبه ميانگين وزني آنها به نسبت درصد مصارف حداكثر (مصارف بالا ) و حداقل ( مصارف پايين ) از كل مصرف مشترك مي باشد . كه به

دليل كمبود اطلاعات در مورد فرهنگ مصرف مردم شهر فريمان و سهم مصارف بالا و پايين از كل مصرف مشترك , ميسر نگرديد ولي با نصب كنتورهاي مبنا به طور سري با كنتور مشتركين , به مدت چند روز در ورودي انشعابات , تمامي مصارف كم وزياد مشتركين از دو كنتور عبور كرده و مي توان گفت CF حاصل از اين آزمايش به واقعيت بسيار نزديك است.

ضريب تصحيح متوسط كنتور مشتركين شهر فريمان كه غالباً از نوع آبفر مي باشند ,۰۲۱/۱ به دست آمد . يعني كنتورهاي موجود به طور متوسط مصرف را ۱۰۷/۲ درصد كمتر از مقدار واقعي نشان مي دهند.

جدول۲- نتايج كاليبراسيون شبكه آبرساني شهر فريمان

شماره گره ميانگين فشار اندازهگيري شده (m) ميانگين فشار محاسبه شده (m) متوسط خطا شماره گره ميانگين فشار اندازهگيري شده (m) ميانگين فشار محاسبه شده (m) متوسط خطا
۱۱ ۲۴ ۱۳/۲۶ ۱۲۶/۲ ۷۴ ۳۳ ۷۴/۳۲ ۲۶۲/۰
۱۷ ۲۵ ۷۸/۲۵ ۷۷۶/۰ ۷۱ ۲۹ ۱۷/۳۲ ۱۶۸/۳
۱۶ ۲۷ ۸۲/۲۷ ۸۱۷/۰ ۹۹ ۳۶ ۸۰/۳۶ ۸۰۵/۰
۲۲ ۲۵ ۳۴/۲۴ ۶۶۲/۰ ۹۷ ۳۷ ۰۲/۳۸ ۰۲۱/۱
۵۲ ۲۶ ۴۵/۲۷ ۴۵۱/۰ ۹۰ ۳۵ ۴۳/۳۸ ۴۳۱/۳
۶۵ ۳۱ ۲۶/۳۰ ۲۶۱/۴ ۸۵ ۳۶ ۱۱/۳۹ ۱۱۰/۳

۹۲ ۳۵ ۹۷/۲۹ ۰۳۳/۱ ۸۷ ۴۰ ۵۱/۴۱ ۵۱۲/۱
۹۱ ۳۴ ۹۷/۲۸ ۰۲۹/۶ ۱۱۳ ۳۸ ۷۵/۳۹ ۷۵۳/۱
۱۰۹ ۳۵ ۳۹/۳۱ ۶۱۴/۲ ۴۳ ۲۸ ۲۱/۲۶ ۷۹۴/۱
۱۱۰ ۲۰ ۰۲/۳۳ ۹۸۰/۱ ۲۷ ۲۴ ۲۷/۲۶ ۲۷۰/۲
۴۱ ۲۴ ۵۹/۱۹ ۴۰۵/۰ ۳۷ ۲۸ ۶۲/۲۸ ۶۲۵/۰
۵۸ ۲۴ ۴۷/۲۶ ۴۶۹/۲ ۳۸ ۲۶ ۴۳/۲۵ ۵۶۸/۰
۶۰ ۲۴ ۱۴/۲۶ ۱۴۰/۲ ۴۲ ۲۱ ۳۶/۲۱ ۳۶۴/۰

۵۵ ۲۹ ۶۳/۲۷ ۳۷۲/۱ ۴۴ ۲۹ ۴۰/۳۱ ۳۹۹/۲
۵۴ ۳۰ ۴۹/۲۸ ۵۰۸/۱ ۴۶ ۲۴ ۱۷/۳۰ ۱۷۵/۶
۸۰ ۳۰ ۳۰/۳۲ ۲۹۷/۲ ۲۶ ۲۶ ۸۴/۲۴ ۱۵۷/۱
۷۸ ۳۲ ۰۳/۳۲ ۰۳۴/۰ ۲۵ ۲۱ ۰۵/۲۳ ۰۴۶/۲
۷۷ ۳۴ ۹۶/۳۲ ۰۴۴/۱ ۲۴ ۲۶ ۶۵/۲۵ ۳۴۶/۰

۷۶ ۳۵ ۹۱/۳۲ ۰۹۲/۲ ۵۷ ۲۸ ۸۱/۲۶ ۱۹۳/۱
۶۷ ۳۲ ۹۲/۳۱ ۰۸۱/۰ متوسط ۳۳/۲۹ ۸۴/۲۹ ۷۴۸/۱

كتنورهاي آزمايش شده داراي عمر متفاوت ,از۲۴ سال تا چند ماه, بوده و سعي شده كه به طور مساوي از مناطق مختلف شهر انتخاب شوند . از ميان كنتورهاي آزمايش شده , به طور متوسط ضعيف ترين كنتور داراي ضريب ۱۵۸/۱ مي باشد كه فقط چند ماه از نصب آن مي گذرد و قوي ترين كنتور با ضريب تصحيح ۹۹۸/۰ , حدود ۲ سال از عمر آن مي گذرد.

تلفات آب ناشي از عدم دقت كنتور منابع توليد آب : ضريب تصحيح كنتور چاه ها كه تنها منبع توليد آب شهر فريمان هستند . توسط يك كنتور مبناي ۶ اينچي از نوع نيمه مغناطيسي تعيين شده است . ابتدا CF كنتور مبنا با توزين آب تعيين گرديد . سپس اين كنتورها براي تعيين دقت كنتورهاي حجمي چاهها بكار گرفته شده كه ضريب تصحيح متوسط كنتورهاي مستقر در سر چاهها ۰۰۲۹/۱ به دست آمده است.

تلفات آب ناشي از عدم كارايي تأسيسات شبكه : براي اعمال مديريت و كنترل مناسب بر شبكه , وجود تاسيسات سالم و مناسب ضروري است . به عنوان مثال, در موقع رفع اتفاقات , اگر شيرهاي قطع و وصل به خوبي عمل نكنند , علاوه بر بوجود آمدن موانع اجرايي , ممكن است مقدار آب زيادي نيز به هدر رود كه براي پايلوت انتخاب شده به دليل عدم اطلاعات كافي مد نظر قرار نگرفته است.

تلفات فيزيكي
به آن بخش از تلفات كه به صورت نشت از تأسيسات شبكه آبرساني مثل خطوط لوله انتقال و توزيع ,شيرآلات , ايستگاههاي پمپاژ و مخازن و يا به صورت نشت ناشي از شكستگي لوله ها و امثال آن به هدر مي رود ,تلفات فيزيكي اطلاق مي شود . ميزان نشت ارتباط مستقيم با فشار شبكه دارد .هم چنين دقت در نحوه اجراي شبكه , عمر, جنس و نوع قطعات ولوله ها نيز در نشت موثرند.

ميزان تلفات فيزيكي رابه دو صورت كلي و منطقه اي مي توان اندازه گيري كرد و اساس آن بر تعيين تفاضل مقدار توليد و مصرف آب است . با اندازه گيري نشت به روش منطقه اي , كه به روش حداقل جريان شبانه (MNF1 ) معروف است ,و تعيين تلفات مخصوص منطقه اي (L )مي توان برنامه نشت يابي دقيق به كمك وسايل و روشهاي مناسب را طراحي كرد]۵[.

تعيين تلفات فيزيكي به روش حداقل جريان شبانه(MNF ) و با استفاده از مفهوم F A V A D2 :

ابتدا منطقه مورد نظر به طور كامل از ديگر مناطق شبكه جدا شده و تنها يك ورودي و يك خروجي براي منطقه در نظر گرفته مي شود . به اين ترتيب دبي ورودي به منطقه در ساعات نيمه شب اندازه گيري مي شود . حداقل جريان در اين ساعات , حداقل جريان شبانه ناميده مي شود . در اين حالت تلفات فيزيكي منطقه به صورت زير محاسبه مي شود]۱[.
UFWN =MNF –LOUC –MCC (1)

كه در آن UFWN تلفات فيزيكي منطقه (L ) و MNF جريان حداقل شبانه (L ) و LOUC مصرف معقول شبانه (L ) بوده و برابر مجموع مصارف شبانه مشتركين مي باشد به طوري كه به عنوان مثال اين مقدار در كشور انگلـستان براي هر مشـترك ۷/۱ ليتر در ساعت در نظر گرفته مي شود . MCC نيز مصرف شـبانه مشـتركين پر مصرف (L ) ميباشد .
درصد نشت حاصل از تلفات فيزيكي شبانه ,به درستي گوياي نشت منطقه در كل شبانه روز نيست . براساس مفهوم F A V A D ميتوان نشت كل شبانه روز را متناسب با متوسط فشار كل شبانه روز به متوسط فشار شبانه به دست آورد:

 

L = L * (P / P )
كه در آن L و L نشت در دو فشار مختلف , P و P فشار شبانه منطقه در دو حالت متفاوت و N نيز ضريبي كه براساس تحقيقات لامبت۱ به طور متوسط براي يك بدست آمده است]۶[ .

الف ) تعيين نشت كل شبكه : مصارف لحظه اي در طول يك هفته در شبكه آبرساني فريمان در نمودار شكل ۲ نشان داده شده است. حداقل مصرف شبانه كل شهر در ساعات ۲ الي ۳ صبح روز سه شنبه ۸/۲۵ و متوسط مصرف در طول اين روز ۹/۷۸ ليتر در ثانيه است . از آنجا كه در اين شهر صنايع عمده اي كه از شبكه آبرساني تغذيه كنند وجود ندارند , لذا: MCC = 0 اگر مصرف معقول شبانه ۵/۱ ليتر در ساعت در نظر گرفته شود , براي ۶۵۰۰ مشترك داريم :
LOUC = 9750 (L )= 7/2 (L )

UFWN = 1/23 (L ) در نتيجه :
بنابراين درصد نشت شبانه :
L = 28/29 %
چون متوسط فشار شبانه كل شبكه ۴ اتمسفر و متوسط فشار كل شبانه روز ۵/۲ اتمسفر است ,براساس مفهوم F A V A D درصد نشت كل شبكه در طول شبانه روز برابر خواهد بود با :
L = 3/18 %
ب) تعيين نشت منطقه اي : دو منطقه براي اندازه گيري نشت در نظر گرفته شده است كه نتايج آنها به شرح زير است:
منطقه ۲ مشتركين : اين منطقه كه عمر شبكه آن بيش از ۳۰ سال است , با حدود ۵۰۰ مشترك داراي ۶۶/۷ كيلومتر طول لوله ( شامل ۵۴/۵ كيلومتر آزبست , ۱۲/۲ كيلومتر پلي اتيلن و ۱۹/۰ كيلومتر لوله فولادي )است .با ايزوله نمودن شبكه در منطقه مورد نظر و نصب يك كنتور ۴ اينچي نيمه مغناطيسي در ورودي منطقه, مصارف شبانه و مصرف كل يك شبانه روز اين منطقه اندازه گيري شد . منحني مصرف شبانه اين منطقه در شكل ۴ ارائه گرديده است . از منحني مذكور معلوم مي شود كه حداقل مصرف شبانه منطقه ۰۵۷/۴ متر مكعب در ساعت است .از طرفي مصرف كل شبانه روز منطقه نيز ۵/۳۹۴ متر مكعب مي باشد , اگر مصرف معقول شبانه ۵/۱ ليتر در ساعت براي هر مشترك فرض شود , با توجه به ميانگـين فشار شبـانه ۵ اتمسـفري و متوسـط فشار شـبانه روز ۳/۳ اتمسـفر منطـقه با استـفاده از مفهـوم F A V A D درصد نشت اين منطقه در طول شبانه روز برابر خواهد بود با :

L = 28/13 %
منطقه ۴ مشتركين : اين منطقه با عمر ۱۵ سال ,داراي ۳۴۰ مشترك و ۲۴/۵ كيلومتر طول لوله ( شامل ۷/۴ كيلومتر آزبست و ۵۴/۰كيلومتر پلي اتيلن ) مي باشد .مانند مورد قبلي ,مصارف شبانه اين منطقه نيز اندازه گيري و در شكل ۳ ترسيم شده است . حداقل مصرف شبانه اين منطقه ۸۹۸/۲ متر مكعب در ساعت و مصرف كل شبانه روز ۳۰۶ متر مكعب اندازه گيري شده است .متوسط فشار شبانه منطقه ۱/۳ اتمسفر و متوسط فشار شبانه ۷/۳ اتمسفر است . با فرض مصرف معقول شبانه ۵/۱ ليتر در ساعت براي هر مشترك ,درصد نشت اين منطقه در طول شبانه روز برابر است با :
L = 7/15%
مقايسه نشت شبانه مناطق فوق , برخلاف تصور , نشان دهنده نشت كمتر در منطقه قديمي است .دليل اين مطلب را مي توان به اجراي دقيقتر لوله گذاري و حتي جنس بهتر لوله هاي قديمي ارتباط داد .

بررسي اتفاقات شبكه
به منظور بررسي كيفيت لوله هاي بكار رفته در شبكه اصلي آبرساني شهر فريمان ,درصد و تعداد نشت يا شكستگي لوله هاي داراي قطر و جنس مختلف , نوع اتفاقات و علت نشت يا شكستگيها مورد بررسي قرار گرفته است . آمار تهيه شده در اين زمينه در شكل هاي ۵ ,۶ و ۷ ارائه شده است.

آمارها گوياي درصد بالاي اتفاقات در لوله هاي پلي اتيلن و فولادي شبكه آبرساني شهر فريمان مي باشد . دليل اين موضوع براي لوله هاي پلي اتيلن را عمدتاً مي توان به توليد چنين لوله هايي به طور وسيع در سطح كشور بدون رعايت استاندارد هاي لازم , كم دقتي در خريد لوله هاي با كيفيت مناسب , اجراي نامناسب لوله گذاري و عدم استفاده از خاك سرندي و متراكم نمودن آن و در لوله هاي فولادي نيز به خوردگي و فرسودگي آن ها ارتباط داد . بنابراين توصيه مي شود تمامي لوله هاي فولادي اعم از فرعي ولوله انشعاب ,تعويض شده و در استفاده از لوله هاي پلي اتيلن دقت بيشتري به عمل آيد .
نكته ديگر در بررسي اتفاقات فريمان ,افزايش تعداد اتفاقات (اعم از لوله هاي اصلي, فرعي و انشعاب ) در سالهاي ۷۹ و ۸۰ نسبت به سالهاي گذشته است .

يكي ازدلايل اين مسأله خارج كردن منبع هوايي آجري ۲۵۰ متر مكعبي از مدار شبكه است . اين منبع در گذشته حكم منبع متعادل ساز را داشته و افزايش فشار را كنترل مي كرده است .علاوه براين ,اقدامات مديريتي براي كنترل فشار شبانه در سالهاي قبل اجرا مي شد كه اكنون انجام نمي شود . در اقدامات مديريتي مذكور شير خط انتقال از مخزن ,در ساعات آخر شب نيمه بسته و در ساعت هاي اوليه صبح روز بعد باز مي شد كه در اين حالت با توجه به جريان حداقل شبانه و افت فشار ناشي ازآن , فشار شبانه شبكه كاهش و نتيجتاً حوادث شبكه نيز كاهش مي يافت .

لازم به ذكر است كه مديريت فشار با اعمال مديريت بر شيرهاي كاهش دبي در شبكه نيز , امكان پذير مي باشد. براي استفاده بهينه از اين روش بايد موقعيت و وضعيت بهينه شيرهاي مزبور را پيدا نمود . اين كار توسط جويت و زو۱ , استرلينگ و بارگيلا۲ و نيز ويراوامورثي و لامبرس۳ انجام شده است]۷,۸و ۹[.
نكته قابل توجه ديگر در زمينه اتفاقات , اتصال مستقيم چاههاي تأمين آب به شبكه از طريق پمپاژ مي باشد كه سبب افزايش اتفاقات در شبكه مي شود . اطلاعات موجود نشان مي دهد كه در زمان روشن كردن چاههاي داخل شهر , شبكه آبرساني شهر فريمان به خصوص در حوالي چاه مذكور تعداد اتفاقات بالا مي رود . اين مسأله زماني اتفاق مي افتد كه براي جبران كمبود آب ,پمپ هاي چاههاي داخل شهر روشن ميشوند. عدم استفاده از منبع هوايي در نقطه اتصال خط رانش پمپ و شبكه مي تواند افزايش فشار زيادي را ايجاد كند . فشار سنجي , در محل اتصال چاه شماره ۵ با شبكه ( شكل ۳ ) , نشان داد كه با روشن كردن پمپ مربوط به چاه مذكور فشار از ۵/۲ اتمسفر به ۲/۳ اتمسفر افزايش مي يابد . افزايش فشار ناشي از روشن كردن پمپ چاه شماره ۶ ,در نقطه اتصال به شبكه نيز , از ۲ اتمسفر به ۴/۲ اتمسفر است.

نتيجه گيري
تجزيه و تحليل شبكه آبرساني شهر فريمان و اندازه گيري هاي به عمل آمده براي شهر مذكور نتايج زير را در بر داشته است :

نتايج اندازه گيري هاي به عمل آمده براي مصرف سرانه آب ,ضرايب حداكثر روزانه و ساعتي شهر فريمان , مقادير پيشنهادي مرجع]۳[ براي اين منطقه و مناطق مشابه را مورد تائيد قرار مي دهد.

نتايج كاليبراسيون شبكه آبرساني شهر فريمان مويد نقض و ناكارامدي نقشه هاي موجود است. اين نواقص كه شامل اطلاعات فيزيكي و هيدروليكي مي باشد , امكان بهره برداري مناسب از شبكه ها و توسعه آن ها را با مشكلات عديده اي مواجه مي كند . لذا توجه مسولين مربوطه به رفع اين معضل بسيار ضروري به نظر مي رسد .

روش استفاده از تعداد مشتركين هر شاخه لوله براي تعيين ميزان مصارف گرهي , به صورت تقسيم مصرف مشتركين به نسبت مساوي براي گره هاي ابتدا و انتها ( در صورتي كه قطر انشعابات يكسان باشد ) از دقت خوبي برخوردار بوده و براي مدل سازي شبكه هاي موجود مناسب است.
بررسي دقت كنتورهاي مشتركين فريمان (از نوع آبفر ) نشان داد كه متوسط خطاي اين كنتورها ۲ درصد بوده و در اندازه گيري ها قابل اعتماد مي باشند .

 

نشت اندازه گيري شده براي كل شهر فريمان نشان مي كه با وجود فشار كافي در شبكه و با توجه به عمر بالاي شبكه , تلفات اين شبكه در حد قابل قبولي بوده و مي تواند دليل بر اجراي خوب شبكه و رفع به موقع اتفاقات شبكه باشد.

آمار جمع آوري شده در مورد اتفاقات شبكه آبرساني شهر فريمان برتري كيفيت لوله هاي آزبست را نسبت به لوله هاي پلي اتيلن و فولادي نشان مي دهد. بالا بودن تعداد توليد كنندگان لوله هاي پلي اتيلن , امكان كنترل و بازرسي كيفيت توليدات آنها راكاهش داده است . عليرغم ساده بودن عمليات اجراي اين لوله ها , اعمال استانداردهاي لوله گذاري در اين نوع لوله ها بسيار حساس تر است . لذا كم دقتي در اجراي لوله گذاري مي تواند دليل ديگر اين مشكل باشد .

اجراي مديريت فشار با استفاده از مخازن هوايي و متعادل ساز و عدم اتصال مستقيم خط رانش پمپها به شبكه به كمك مخزن هوايي و تغيير وضعيت شيرهاي خط انتقال در ساعات كم مصرف از اقداماتي است كه مي تواند در كاهش تلفات موثر باشد.

منابع ومراجع

۱- اميني,پ. ,(۱۳۸۰).”بررسي آب به حساب نيامده”, پايان نامه كارشناسي ارشد ,دانشكده فني و مهندسي, دانشگاه مازندران
۲- سالمي, ا. , (۱۳۸۱) .” بهينه سازي نحوه توزيع و مصرف آب شرب شهر هاي خراسان ( پايلوت شهر فريمان ) , پايان نامه كارشناسي ارشد ,دانشكده فني و مهندسي, دانشگاه مازندران
۳- سازمان مديريت و برنامه ريزي كشور, (۱۳۷۱) . “مباني و ضوابط طراحي طرح هاي أبرساني شهري”, نشريه ۳-۱۱۷, دفتر تحقيقات و معيارهاي فني.
۴- مير صادقي, ج., (۱۳۷۷) ,”مديريت كمي و كيفي پويا در شبكه هاي آب شهري “,مجله آب ومحيط زيست , شماره۲۷,ص ۲۳-۶

۵- والير,و.د., (۱۳۷۸) , “رهنمودهايي براي سياست گذاري و اجراي روشهاي عملي كنترل و كاهش آب به حساب نيامده “, دفتر مطالعات كاهش آب به حساب نيامده, شركت مهندسي آب و فاضلاب كشور .
۶- تابش, م., (۱۳۷۸) ” مباني تئوريك نشت در شبكه هاي توزيع آب شهري”, مجله آب ومحيط زيست , شماره۳۷,ص ۱۶-۱۰٫
۷- 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.
8- Sterling, M., and Bargiela, A., (1984). “Leakage Reduction by Optimised Control of Valve in Water Networks “ Trans . Inst. Meas.Control,6, pp :293-298
9- 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.