مقاله در مورد ارزیابی و شبیه سازی عملکرد شبکه آبرسانی شهر فریمان

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد ارزیابی و شبیه سازی عملکرد شبکه آبرسانی شهر فریمان دارای ۲۱ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد ارزیابی و شبیه سازی عملکرد شبکه آبرسانی شهر فریمان  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد ارزیابی و شبیه سازی عملکرد شبکه آبرسانی شهر فریمان،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله در مورد ارزیابی و شبیه سازی عملکرد شبکه آبرسانی شهر فریمان :

ارزیابی و شبیه سازی عملکرد شبکه آبرسانی شهر فریمان

مصرف روز افزون منابع محدود آب ,به دلیل رشد جمعیت شهرها , پیشرفت صنایع و رشد سطح فرهنگ مردم , بررسی دقیق و همه جانبه شبکه ها و تاسیسات توزیع آب را ضروری می سازد . 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.

واژه های کلیدی : شبکه آبرسانی , آب به حساب نیامده , فریمن , 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 , 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 باش

د , 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
به طور کلی آب به حساب نیامده در دو بخش تلفات فیزیکی و غیر فیزیکی مورد مطالعه می گیرد .
تلفات غیر فیزیکی
تلفات غیر فیزیکی , آن بخش از آب مصرفی است که به دلیل عدم مدیریت دقیق بر مصرف آب به وجود می آید ,که می توان آنها را در دسته مورد بررسی قرار داد:

تلفات آب ناشی از عدم دقت کنتور مشترکین : تلفات ناشی از عدم دقت کنتور مشترکین با تعیین ضریب تصحیح کنتورها , CF , به دست می آید که برابر با نسبت مصرف واقعی مشترکین به مصرف تعیین شده توسط کنتور مشترکین می باشد .
برای تعیین ضریب تصحیح کنتور مشترکین شبکه آب فریمان , از ۵ کنتور آلمانی به عنوان کنتور مبنا استفاده شد که ضریب تصحیح کنتورهای مذکور از طریق توزین مقدار آب عبوری از کنتور , مشخص گردیدند.
توصیه بانک جهانی در مورد ضریب تصحیح متوسط کنتور مشترکین , تعیین ضریب تصحیح کنتورها در دو دبی حداکثر و حداقل به صورت آزمایشگاهی , و محاسبه میانگین وزنی آنها به نسبت درصد مصارف حداکثر (مصارف بالا ) و حداقل ( مصارف پایین ) از کل مصرف مشترک می باشد . که به

دلیل کمبود اطلاعات در مورد فرهنگ مصرف مردم شهر فریمان و سهم مصارف بالا و پایین از کل مصرف مشترک , میسر نگردید ولی با نصب کنتورهای مبنا به طور سری با کنتور مشترکین , به مدت چند روز در ورودی انشعابات , تمامی مصارف کم وزیاد مشترکین از دو کنتور عبور کرده و می توان گفت CF حاصل از این آزمایش به واقعیت بسیار نزدیک است.

ضریب تصحیح متوسط کنتور مشترکین شهر فریمان که غالباً از نوع آبفر می باشند ,۰۲۱/۱ به دست آمد . یعنی کنتورهای موجود به طور متوسط مصرف را ۱۰۷/۲ درصد کمتر از مقدار واقعی نشان می دهند.

جدول۲- نتایج کالیبراسیون شبکه آبرسانی شهر فریمان

شماره گره میانگین فشار اندازهگیری شده (m) میانگین فشار محاسبه شده (m) متوسط خطا شماره گره میانگین فشار اندازهگیری شده (m) میانگین 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

کتنورهای آزمایش شده دارای عمر متفاوت ,از۲۴ سال تا چند ماه, بوده و سعی شده که به طور مساوی از مناطق مختلف شهر انتخاب شوند . از میان کنتورهای آزمایش شده , به طور متوسط ضعیف ترین کنتور دارای ضریب ۱۵۸/۱ می باشد که فقط چند ماه از نصب آن می گذرد و قوی ترین کنتور با ضریب تصحیح ۹۹۸/۰ , حدود ۲ سال از عمر آن می گذرد.

تلفات آب ناشی از عدم دقت کنتور منابع تولید آب : ضریب تصحیح کنتور چاه ها که تنها منبع تولید آب شهر فریمان هستند . توسط یک کنتور مبنای ۶ اینچی از نوع نیمه مغناطیسی تعیین شده است . ابتدا CF کنتور مبنا با توزین آب تعیین گردید . سپس این کنتورها برای تعیین دقت کنتورهای حجمی چاهها بکار گرفته شده که ضریب تصحیح متوسط کنتورهای مستقر در سر چاهها ۰۰۲۹/۱ به دست آمده است.

تلفات آب ناشی از عدم کارایی تأسیسات شبکه : برای اعمال مدیریت و کنترل مناسب بر شبکه , وجود تاسیسات سالم و مناسب ضروری است . به عنوان مثال, در موقع رفع اتفاقات , اگر شیرهای قطع و وصل به خوبی عمل نکنند , علاوه بر بوجود آمدن موانع اجرایی , ممکن است مقدار آب زیادی نیز به هدر رود که برای پایلوت انتخاب شده به دلیل عدم اطلاعات کافی مد نظر قرار نگرفته است.

تلفات فیزیکی
به آن بخش از تلفات که به صورت نشت از تأسیسات شبکه آبرسانی مثل خطوط لوله انتقال و توزیع ,شیرآلات , ایستگاههای پمپاژ و مخازن و یا به صورت نشت ناشی از شکستگی لوله ها و امثال آن به هدر می رود ,تلفات فیزیکی اطلاق می شود . میزان نشت ارتباط مستقیم با فشار شبکه دارد .هم چنین دقت در نحوه اجرای شبکه , عمر, جنس و نوع قطعات ولوله ها نیز در نشت موثرند.

میزان تلفات فیزیکی رابه دو صورت کلی و منطقه ای می توان اندازه گیری کرد و اساس آن بر تعیین تفاضل مقدار تولید و مصرف آب است . با اندازه گیری نشت به روش منطقه ای , که به روش حداقل جریان شبانه (MNF1 ) معروف است ,و تعیین تلفات مخصوص منطقه ای (L )می توان برنامه نشت یابی دقیق به کمک وسایل و روشهای مناسب را طراحی کرد]۵[.

تعیین تلفات فیزیکی به روش حداقل جریان شبانه(MNF ) و با استفاده از مفهوم F A V A D2 :

ابتدا منطقه مورد نظر به طور کامل از دیگر مناطق شبکه جدا شده و تنها یک ورودی و یک خروجی برای منطقه در نظر گرفته می شود . به این ترتیب دبی ورودی به منطقه در ساعات نیمه شب اندازه گیری می شود . حداقل جریان در این ساعات , حداقل جریان شبانه نامیده می شود . در این حالت تلفات فیزیکی منطقه به صورت زیر محاسبه می شود]۱[.
UFWN =MNF –LOUC –MCC (1)

که در آن UFWN تلفات فیزیکی منطقه (L ) و MNF جریان حداقل شبانه (L ) و LOUC مصرف معقول شبانه (L ) بوده و برابر مجموع مصارف شبانه مشترکین می باشد به طوری که به عنوان مثال این مقدار در کشور انگلـستان برای هر مشـترک ۷/۱ لیتر در ساعت در نظر گرفته می شود . MCC نیز مصرف شـبانه مشـترکین پر مصرف (L ) میباشد .
درصد نشت حاصل از تلفات فیزیکی شبانه ,به درستی گویای نشت منطقه در کل شبانه روز نیست . براساس مفهوم F A V A D میتوان نشت کل شبانه روز را متناسب با متوسط فشار کل شبانه روز به متوسط فشار شبانه به دست آورد:

L = L * (P / P )
که در آن L و L نشت در دو فشار مختلف , P و P فشار شبانه منطقه در دو حالت متفاوت و N نیز ضریبی که براساس تحقیقات لامبت۱ به طور متوسط برای یک بدست آمده است]۶[ .

الف ) تعیین نشت کل شبکه : مصارف لحظه ای در طول یک هفته در شبکه آبرسانی فریمان در نمودار شکل ۲ نشان داده شده است. حداقل مصرف شبانه کل شهر در ساعات ۲ الی ۳ صبح روز سه شنبه ۸/۲۵ و متوسط مصرف در طول این روز ۹/۷۸ لیتر در ثانیه است . از آنجا که در این شهر صنایع عمده ای که از شبکه آبرسانی تغذیه کنند وجود ندارند , لذا: MCC = 0 اگر مصرف معقول شبانه ۵/۱ لیتر در ساعت در نظر گرفته شود , برای ۶۵۰۰ مشترک داریم :
LOUC = 9750 (L )= 7/2 (L )

UFWN = 1/23 (L ) در نتیجه :
بنابراین درصد نشت شبانه :
L = 28/29 %
چون متوسط فشار شبانه کل شبکه ۴ اتمسفر و متوسط فشار کل شبانه روز ۵/۲ اتمسفر است ,براساس مفهوم F A V A D درصد نشت کل شبکه در طول شبانه روز برابر خواهد بود با :
L = 3/18 %
ب) تعیین نشت منطقه ای : دو منطقه برای اندازه گیری نشت در نظر گرفته شده است که نتایج آنها به شرح زیر است:
منطقه ۲ مشترکین : این منطقه که عمر شبکه آن بیش از ۳۰ سال است , با حدود ۵۰۰ مشترک دارای ۶۶/۷ کیلومتر طول لوله ( شامل ۵۴/۵ کیلومتر آزبست , ۱۲/۲ کیلومتر پلی اتیلن و ۱۹/۰ کیلومتر لوله فولادی )است .با ایزوله نمودن شبکه در منطقه مورد نظر و نصب یک کنتور ۴ اینچی نیمه مغناطیسی در ورودی منطقه, مصارف شبانه و مصرف کل یک شبانه روز این منطقه اندازه گیری شد . منحنی مصرف شبانه این منطقه در شکل ۴ ارائه گردیده است . از منحنی مذکور معلوم می شود که حداقل مصرف شبانه منطقه ۰۵۷/۴ متر مکعب در ساعت است .از طرفی مصرف کل شبانه روز منطقه نیز ۵/۳۹۴ متر مکعب می باشد , اگر مصرف معقول شبانه ۵/۱ لیتر در ساعت برای هر مشترک فرض شود , با توجه به میانگـین فشار شبـانه ۵ اتمسـفری و متوسـط فشار شـبانه روز ۳/۳ اتمسـفر منطـقه با استـفاده از مفهـوم F A V A D درصد نشت این منطقه در طول شبانه روز برابر خواهد بود با :

L = 28/13 %
منطقه ۴ مشترکین : این منطقه با عمر ۱۵ سال ,دارای ۳۴۰ مشترک و ۲۴/۵ کیلومتر طول لوله ( شامل ۷/۴ کیلومتر آزبست و ۵۴/۰کیلومتر پلی اتیلن ) می باشد .مانند مورد قبلی ,مصارف شبانه این منطقه نیز اندازه گیری و در شکل ۳ ترسیم شده است . حداقل مصرف شبانه این منطقه ۸۹۸/۲ متر مکعب در ساعت و مصرف کل شبانه روز ۳۰۶ متر مکعب اندازه گیری شده است .متوسط فشار شبانه منطقه ۱/۳ اتمسفر و متوسط فشار شبانه ۷/۳ اتمسفر است . با فرض مصرف معقول شبانه ۵/۱ لیتر در ساعت برای هر مشترک ,درصد نشت این منطقه در طول شبانه روز برابر است با :
L = 7/15%
مقایسه نشت شبانه مناطق فوق , برخلاف تصور , نشان دهنده نشت کمتر در منطقه قدیمی است .دلیل این مطلب را می توان به اجرای دقیقتر لوله گذاری و حتی جنس بهتر لوله های قدیمی ارتباط داد .

بررسی اتفاقات شبکه
به منظور بررسی کیفیت لوله های بکار رفته در شبکه اصلی آبرسانی شهر فریمان ,درصد و تعداد نشت یا شکستگی لوله های دارای قطر و جنس مختلف , نوع اتفاقات و علت نشت یا شکستگیها مورد بررسی قرار گرفته است . آمار تهیه شده در این زمینه در شکل های ۵ ,۶ و ۷ ارائه شده است.

آمارها گویای درصد بالای اتفاقات در لوله های پلی اتیلن و فولادی شبکه آبرسانی شهر فریمان می باشد . دلیل این موضوع برای لوله های پلی اتیلن را عمدتاً می توان به تولید چنین لوله هایی به طور وسیع در سطح کشور بدون رعایت استاندارد های لازم , کم دقتی در خرید لوله های با کیفیت مناسب , اجرای نامناسب لوله گذاری و عدم استفاده از خاک سرندی و متراکم نمودن آن و در لوله های فولادی نیز به خوردگی و فرسودگی آن ها ارتباط داد . بنابراین توصیه می شود تمامی لوله های فولادی اعم از فرعی ولوله انشعاب ,تعویض شده و در استفاده از لوله های پلی اتیلن دقت بیشتری به عمل آید .
نکته دیگر در بررسی اتفاقات فریمان ,افزایش تعداد اتفاقات (اعم از لوله های اصلی, فرعی و انشعاب ) در سالهای ۷۹ و ۸۰ نسبت به سالهای گذشته است .

یکی ازدلایل این مسأله خارج کردن منبع هوایی آجری ۲۵۰ متر مکعبی از مدار شبکه است . این منبع در گذشته حکم منبع متعادل ساز را داشته و افزایش فشار را کنترل می کرده است .علاوه براین ,اقدامات مدیریتی برای کنترل فشار شبانه در سالهای قبل اجرا می شد که اکنون انجام نمی شود . در اقدامات مدیریتی مذکور شیر خط انتقال از مخزن ,در ساعات آخر شب نیمه بسته و در ساعت های اولیه صبح روز بعد باز می شد که در این حالت با توجه به جریان حداقل شبانه و افت فشار ناشی ازآن , فشار شبانه شبکه کاهش و نتیجتاً حوادث شبکه نیز کاهش می یافت .

لازم به ذکر است که مدیریت فشار با اعمال مدیریت بر شیرهای کاهش دبی در شبکه نیز , امکان پذیر می باشد. برای استفاده بهینه از این روش باید موقعیت و وضعیت بهینه شیرهای مزبور را پیدا نمود . این کار توسط جویت و زو۱ , استرلینگ و بارگیلا۲ و نیز ویراوامورثی و لامبرس۳ انجام شده است]۷,۸و ۹[.
نکته قابل توجه دیگر در زمینه اتفاقات , اتصال مستقیم چاههای تأمین آب به شبکه از طریق پمپاژ می باشد که سبب افزایش اتفاقات در شبکه می شود . اطلاعات موجود نشان می دهد که در زمان روشن کردن چاههای داخل شهر , شبکه آبرسانی شهر فریمان به خصوص در حوالی چاه مذکور تعداد اتفاقات بالا می رود . این مسأله زمانی اتفاق می افتد که برای جبران کمبود آب ,پمپ های چاههای داخل شهر روشن میشوند. عدم استفاده از منبع هوایی در نقطه اتصال خط رانش پمپ و شبکه می تواند افزایش فشار زیادی را ایجاد کند . فشار سنجی , در محل اتصال چاه شماره ۵ با شبکه ( شکل ۳ ) , نشان داد که با روشن کردن پمپ مربوط به چاه مذکور فشار از ۵/۲ اتمسفر به ۲/۳ اتمسفر افزایش می یابد . افزایش فشار ناشی از روشن کردن پمپ چاه شماره ۶ ,در نقطه اتصال به شبکه نیز , از ۲ اتمسفر به ۴/۲ اتمسفر است.

نتیجه گیری
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 اندازه گیری های به عمل آمده برای مصرف سرانه آب ,ضرایب حداکثر روزانه و ساعتی شهر فریمان , مقادیر پیشنهادی مرجع]۳[ برای این منطقه و مناطق مشابه را مورد تائید قرار می دهد.

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 که 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.

منابع ومراجع

۱- امینی,پ. ,(۱۳۸۰).”بررسی آب به حساب نیامده”, پایان نامه کارشناسی ارشد ,دانشکده فنی و مهندسی, دانشگاه مازندران
۲- 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
۳- سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور, (۱۳۷۱) . “مبانی و ضوابط طراحی طرح های أبرسانی شهری”, نشریه ۳-۱۱۷, دفتر تحقیقات و معیارهای فنی.
۴- میر صادقی, ج., (۱۳۷۷) ,”مدیریت کمی و کیفی پویا در شبکه های آب شهری “,مجله آب ومحیط زیست , شماره۲۷,ص ۲۳-۶

۵- 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 .
۶- تابش, م., (۱۳۷۸) ” مبانی تئوریک نشت در شبکه های توزیع آب شهری”, مجله آب ومحیط زیست , 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.
۸- Sterling, M., and Bargiela, A., (1984). “Leakage Reduction by Optimised Control of Valve in Water Networks “ Trans . Inst. Meas.Control,6, pp :293-298
۹- 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.