شبکه توزیع آب یا انتقال آب یا آبرسانی به مجموعه ای از لوله کشی های به هم پیوسته گفته می شود که برای انتقال و توزییع آب در یک مجموعه مورد استفاده قرار می گیرد. طراح ، مجری و پیمانکار شبکه توزیع آب و سیستم آبرسانی می بایست مواردی از قبیل نوع شبکه توزیع آب ، فشار آب ، سرعت آب ، دبی طراحی ، حداقل قطر لوله ، جنس لوله و موارد متعدد دیگر را مورد توجه قرار دهد.
تعریف شبکه توزیع آب
یک مجموعه بهم پیوسته هیدرولیکی شامل لوله ها ، اتصالات و تجهیزات که به منظور آبرسانی به کار می رود.
بخش های مختلف یک سیستم آبرسانی
منبع آب : شامل منابع آب سطحی مانند رودخانه ، سد و دریاچه و منابع آب زیرزمینی مانند چاه ، چشمه و قنات می باشد.
سیستم انتقال آب : شامل مسیر انتقال آب بین منبع آب ، تصفیه خانه و مخازن آب می باشد.
تصفیه خانه آب : در صورتی که منبع آب کیفیت لازم را نداشته باشد جهت تصفیه آب تا حد استاندارد مورد نیاز به کار می رود.
مخازن آب : به منظور ذخیره آب و همچنین در بسیاری مواقع تامین فشار شبکه توزیع آب به کار می رود و شامل مخازن آب زمینی و هوایی می باشد.
شبکه توزیع آب : جهت انتقال و توزیع آب برای مصرف کنندگان به کار می رود.
مصرف کنندگان
پارامتر های مهم در طراحی لوله های شبکه توزیع آب شهری
مهمترین عوامل و پارامتر های مورد نظر در طراحی و اجرای شبکه های توزیع آب به شرح زیر است.
فشار آب
سرعت آب
دبی طراحی لوله
حداقل قطر لوله ها
انواع فشار در شبکه های آبرسانی
فشار استاتیکی شبکه : محاسبه مقدار این فشار با صفر فرض کردن جریان درون لوله ها و مدنظر قراردادن مرتفع ترین سطح آب در مخزن بدست می آید. حداکثر فشار استاتیکی نباید از حداکثر فشار مجاز در شبکه بیشتر شود.
فشار دینامیکی شبکه : این فشار در هر نقطه ای از شبکه با کم کردن افت فشار ها از فشار کلی محاسبه می شود. حداقل فشار دینامیکی می باید از حداقل فشار مورد نیاز بیشتر باشد.
حداقل فشار و حداکثر فشار در لوله های شبکه توزیع آب
فشار در شبکه های توزیع آب می بایست به اندازه ای باشد که از یک طرف در شرایط مینیمم مصرف در شبکه ( مینیمم افت هد ) موجب ترکیدگی لوله ها و سایر متعلقات نشده و از طرف دیگر در شرایط ماکزیمم مصرف در شبکه ( ماکزیمم افت هد ) میزان حداقل فشار مجاز را تامین نماید. همچنین افزایش فشار در شبکه توزیع باعث افزایش مصرف و تلفات آب می گردد. ماکزیمم فشار مجاز در شبکه های توزیع آب در ایران ۵ اتمسفر و حداقل آن جهت ساختمان یک طبقه ۱.۴ اتمسفر و به ازای هر طبقه اضافی ۰.۴ اتمسفر بیشتر پیشنهاد می گردد.
حداقل سرعت و حداکثر سرعت در لوله های شبکه توزیع آب
سرعت زیاد آب در لوله ها موجب افزایش هد و افزایش ضربه قوچ و سرعت کم آب در لوله ها موجب افزایش احتمال رسوب گذاری و تغییر کیفیت آب می گردد. ماکزیمم سرعت مجاز آب در شبکه های توزیع در ایران در شرایط معمول m/s 2 و برای آتش نشانی m/s 2.5 پیشنهاد شده است.
مینیمم سرعت در شبکه های توزیع m/s 0.3 توصیه شده البته رعایت این محدوده جهت لوله های فرعی به دلیل حفظ حداقل قطر عملا ممکن نمی باشد و همچنین در شرایط اندک بودن مصرف مینیمم سرعت از میزان توصیه شده کمتر می شود. به صورت تجربی سرعت بهینه جهت لوله های تا قطر ۵۰۰ میلیمتر ۰.۸ تا m/s 1 و جهت لوله های با قطر بزرگتر حدودا m/s 1.2 توصیه می شود.
دبی طراحی لوله ها
دبی طراحی در شبکه توزیع می بایست به صورتی باشد که جوابگوی ماکزیمم مصرف لحظه ای ( ساعتی ) در طول سال ، تلفات و همچنین ماکزیمم مصرف آتش نشانی باشد. البته عموما شبکه های توزیع به دلایلی از جمله اندک بودن امکان برداشت همزمان ، وجود ظرفیت اضافی در شبکه به دلیل طراحی شبکه بر مبنای آبرسانی به جمعیت نهایی دوره طرح و غیره بر پایه ماکزیمم مصرف نهایی طراحی نمی شوند.
حداقل قطر لوله ها
قطر لوله های شبکه توزیع آب می بایست به صورتی طراحی گردد که جایگزین نمودن لوله هایی با قطر کمتر باعث کاهش فشار شبکه از میزان مجاز آن نگردد. در کشور ما مینیمم قطر در لوله های بدون شیر آتش نشانی ۶۰ میلی متر و در لوله های با شیر آتش نشانی ۱۰۰ میلی متر پیشنهاد شده است.
مراحل طراحی سیستم آبرسانی شهری
مراحل اصلی آبرسانی برای یک منطقه ( شهر ، روستا ، شهرک و غیره ) شامل موارد زیر می باشد :
مشخص نمودن میزان آب مورد نیاز جهت منطقه
طراحی مخزن
طراحی سیستم پمپاژ
طراحی و تعیین لزوم تصفیه آب قبل از شبکه توزیع آب
طراحی قطر لوله ، جنس لوله ، نصب شیرهای فشار شکن و غیره
مراحل اجرای شبکه توزیع آب – انتقال آب
نقشه برداری مسیر و ترسیم پروفیل طولی
محاسبات هیدرولیکی و محاسبات مصالح مورد مصرف در شبکه توزیع آب
انجام عملیات خاکبرداری جهت ایجاد مقاطع مورد استفاده
اجرای یک لایه ژئو تکستایل ، یک لایه ژئو ممبران و اجرای مجدد یک لایه ژئو تکستایل بر روی لایه ژئوممبران در صورت لزوم
وظیفه شبکه آبرسانی شهری
شبکه آبرسانی شهر ها یا شبکه های توزیع آب وظیفه هایی دارند که اصلی ترین آن ها شامل : تامین آب آشامیدنی جمعیت شهر ، تامین آب لازم جهت تاسیسات بهداشتی مانند توالت ها ، حمام ها و … تامین آب مورد نیاز جهت آبیاری فضای سبز و شستشوی سطوح ، تامین آب مورد نیاز تاسیسات آتش نشانی و تامین آب مورد مصرف توسط کارخانه ها و کارگاه های کوچک و بزرگ می باشد.
استاندارد ها و آیین نامه های شبکه توضیع آب
مهمترین استاندارد های ملی در ارتباط با سیستم های آبرسانی به شرح زیر است :
ضوابط طراحی شبکه های توزیع آب و جمع آوری فاضلاب در شهرک ها و نواحی صنعتی
ضوابط طراحی سا مانه های انتقال و توزیع آب شهری و روستایی
ضوابط و معیارهای فنی عملیات اصلاح ، بازسازی و نوسازی شبکه توزیع آب
انواع شبکه توزیع آب از نظر نحوه لوله گذاری
انواع لوله گذاری شبکه توزیع آب به شرح زیر می باشد :
شبکه شاخه ای توزیع آب
شبکه حلقوی توزیع آب
شبکه مختلط توزیع آب
انواع شبکه توزیع آب از نظر سیستم تامین فشار
انواع سیستم تامین فشار شبکه توزیع آب به شرح زیر می باشد :
شبکه ثقلی نوع اول
شبکه ثقلی نوع دوم
شبکه ثقلی مرکب
شبکه پمپاژ – ثقلی
شبکه پمپاژ مستقیم
شبکه پمپاژ مستقیم با کنترل توسط مخزن هوایی
شبکه توزیع آب شاخه ای
شبکه توزیع آب شاخه ای ساده ترین نوع شبکه ها هستند که ساختاری درختی دارند و جریان آب در آن ها همواره یک طرفه و از طرف شاخه بزرگ تر ( لوله اصلی ) به شاخه کوچک تر ( لوله فرعی ) حرکت می نماید. مشکل اصلی شبکه های شاخه ای این است که وقتی بخشی از لوله ای دچار عیب و شکستگی می گردد بخش ها پایین دستی آن نیز دچار ایراد و بی آبی می شود.
همچنین در انتهای شاخه ها در اثر اندک بودن مصرف آب پس از مدتی آب ساکن و راکد مانده و دچار تغییر رنگ و مزه و رسوب گذاری می شود و همینطور به دلیل یکطرفه بودن جریان و اندک بودن سرعت در شاخه های فرعی انجام ته نشینی بیشتر ممکن است. محاسبات این شبکه ها به نسبت آسان تر است.
شبکه توزیع آب حلقوی
شبکه توزیع آب حلقوی از یک حلقه اصلی به صورت کمربندی و حلقه های درونی تشکیل شده است که آب از حلقه اصلی به حلقه های درونی و سپس به مصرف کننده منتقل می شود. در این شبکه ها جریان آب در لوله ها به سمت محل مصرف تغییر مسیر داده و هر ناحیه از دو یا چند سمت امکان آبرسانی را دارا می باشند. شبکه های حلقوی عیب های شبکه های شاخه ای را نداشته اما هزینه اجرای آن ها افزون تر می باشد. محاسبه آن ها به دلیل معین نبودن جهت جریان در لوله ها دشوار تر است.
شبکه توزیع آب مختلط یا درهم
به دلیل اینکه در ساختمان اجرای شبکه حلقه ای بسیار گران خواهد بود عملا در شبکه های لوله کشی شهر ها از ترکیب دو روش شاخه ای و حلقوی استفاده می نمایند.
شبکه توزیع آب ثقلی نوع اول ، نوع دوم و مرکب
در صورتی که منطقه مورد نظر وسعت کمی داشته باشد و همچنین اختلاف ارتفاع به اندازه کفایت موجود باشد ، تامین فشار کل منطقه توسط یک یا چند مخزن با رقوم ارتفاعی یکسان تأمین می شود.
اگر تغییرات ارتفاعی و وسعت منطقه اندک نباشد ، کاربرد یک یا چند مخزن با رقوم ارتفاعی یکسان ممکن نیست و در این شرایط می بایست با استقرار سیستم کاهش فشار ( مکانیکی یا مخزنی ) منطقه مرتبط با شبکه توزیع آب را به بخش های مختلف فشاری دسته بندی کرد.
در منطقه هایی که از چندین سمت به ارتفاعات طبیعی محدود هستند ، علاوه بر مخزن اصلی یک سری مخازن دیگر را در ارتفاعات پایین تر مستقر می نمایند. به این وسیله در زمان های پیک مصرف کلیه مخزن ها به شبکه توزیع آب وصل بوده و در مدار بهره برداری قرار دارند اما در زمان های مصرف کم تر فقط برخی از مخازن در مدار بوده و برای ممانعت از سر ریز نمودن آب در مخازن پایین دست از یک سری شیر های کنترل جریان در ورودی این مخازن استفاده می شود.
استفاده از این روش موجب کم شدن قطر لوله های اصلی شبکه آبرسانی و توزیع آب نسبت به حالت ثقلی ساده و پیرو آن کاهش هزینه های اجرایی می شود.
شبکه توزیع آب پمپاژ – ثقلی
اگر مکان تأمین آب در پایین دست و شبکه توزیع در بالادست مستقر باشد به ناچار می بایست آب به شبکه توزیع پمپاژ گردد. آب پمپاژ شده در زمان های مصرف کم تر به مخازن ذخیره ورود می کند و در زمان های پیک مصرف ایستگاه پمپاژ و مخزن ذخیره به صورت توامان آب را جهت شبکه توزیع آب تامین می نمایند.
شبکه توزیع آب پمپاژ مستقیم
در صورتی که اختلاف ارتفاع مورد نیاز در محدوده طرح موجود نباشد لذا توزیع آب به وسیله پمپاژ مستقیم آب به شبکه توزیع آب یا شبکه آبرسانی انجام می شود. کاربرد این روش به خاطر ایجاد نوسانات فشار در ساعات مختلف مصرف دارای مشکلات گوناگونی است و عموما در منطقه های کوچک تر و دارای شرایط خاص از این روش استفاده می شود.
شبکه توزیع آب پمپاژ مستقیم با کنترل توسط مخزن هوایی
به منظور حل مشکلات سیستم پمپاژ مستقیم معمولا از مخازنی مابین محل مصرف و ایستگاه پمپاژ استفاده می شود که این مخازن مسولیت کنترل فشار پمپ ها را در شبکه توزیع آب بر عهده دارند.
اجزا شبکه توزیع آب – آبرسانی
شبکه لوله ها
شیرها
مخازن توزیع و تانک ها
ایستگاه های پمپاژ
بخش های مهم طراحی شبکه توزیع آب – آبرسانی
طراحی جانمایی شبکه
طراحی لوله ها ی آبرسانی در شبکه توزیع آب شامل جنس و قطر
طراحی سیستم پمپاژ شامل ارتفاع ، دبی و زمان پمپاژ
طراحی مخازن و تانک ها شامل نوع و حجم
طراحی شیر ها شامل نوع ، موقعیت و اندازه
آب به حساب نیامده در شبکه توزیع آب
مد نظر قرار دادن آب به حساب نیامده در شبکه توزیع آب شهری دارای اهمیت می باشد. قسمت عمده آب به حساب نیامده مربوط به تلفات سیستم و بقیه مرتبط با انشعابات غیر مجاز است.
تلفات و نشت آب در شبکه توزیع آب – انتقال آب
عمده ترین تلفات آب ناشی از نشت آب می باشد. نشت آب در سیستم انتقال ، تاسیسات آبگیری ، مخازن ذخیره ، تصفیه خانه و شبکه توزیع آب ممکن است اتفاق بیافتد. البته شبکه توزیع عموما بیشترین سهم را در تلفات آب به خود اختصاص می دهد.
موارد مهم در لوله گذاری شبکه انتقال آب
طول عمر لوله با توجه به طول عمر طرح
مقاومت لوله در برابر خوردگی داخلی و خارجی و انتخاب پوشش مناسب و مقاومت در برابر عوامل محیطی
مقاومت لوله در برابر فشار های داخلی و خارجی
آسیب پذیری لوله در برابر ضربات احتمالی همچنین در هنگام حمل و نقل
تغییر شکل پذیری لوله در برابر نیرو های خارجی و اثرات آن بر پوشش داخلی
ضریب زبری جدار داخلی لوله و تغییرات آن در طول دوره طرح
لحاظ نمودن قابلیت عبور از مناطق پر پیچ و خم
پیش بینی تعمیرات شبکه آبرسانی
قیمت و هزینه تهیه و نصب لوله های شبکه توزیع آب
مدلسازی شبکه توزیع آب – شبکه آبرسانی
نرم افزار Water GEMS مهم ترین و متداول ترین نرم افزار جهت مدلسازی و طراحی شبکه های آبرسانی می باشد. از سایر این برنامه ها می توان به Water Cad ، EPANET و Loop اشاره نمود.
هزینه اجرای شبکه توزیع آب
هزینه اجرای شبکه توزیع آب به موارد متعددی از جمله جمعیت طرح ، نوع لوله گذاری ، جنس لوله ها ، شرایط عبور لوله ها و … بستگی دارد.