مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مباني طراحي هيدروليكي شبكه خطوط انتقال آب

مقدمه :
براي انجام درست آبرساني به مناطق مختلف طرح و راحتي و آسايش استفاده كنندگان ، همچنين اقتصادي بودن طرح و بهداشتي ماندن آب داخل شبكه در طول مدت طرح لازم است در طراحي شبكه و خطوط انتقال ضوابط طراحي رعايت گردد.
جهت رفع نيازهاي آبي در فصول مختلف سال و رفع نياز آتش نشاني ، طراحي هيدروليكي شبكه خطوط انتقال نتايج بدست آمده از تحليل شبكه براي دبي حداكثر مصرف ساعتي انجام مي گردد . در اين حالت فشار حداقل مجاز شبكه بايد تأمين گردد. در گام بعد اين شبكه براي دبي نياز آتش نشاني و حداكثر مصرف روزانه كنترل مي گردد. در چنين حالتي مي بايست حداقل فشار مورد نياز آتش نشاني در حداقل در نقاط آتش نشاني تأمين گردد.
براي طراحي شبكه انتقال آب مصرفي سرانه و ضرايب حداكثر روزانه و حداكثر ساعتي و دبي مورد نياز آتش نشاني به عنوان مبناي كل آب مورد نياز مي باشند كه در اين گزارش درباره آنها بحث خواهد شد .
فشار مجاز شبكه انتقال و توزيع آب
در تعيين فشار آب درون لو له هاي شبكه توزيع جنبه هاي مختلفي را بايد مد نظر قرار داد از جمله آنكه ، اگر مقدار آن كم در نظر گرفته شود در اثر افت در خطوط انتقال شبكه ، كنتور و لو له هاي درو ن سا ختمان در نقاط بر داشت دچار كمبود فشار خواهيم بود . چنانچه فشار شبكه زياد در نظر گرفته شود . مصرف آب بالا رفته نشت در شبكه زياد شده تلفا ت افزايش مي يا بد . لذا با توجه به نكات فني و اقتصادي و اجتماعي ، فشار كار شبكه بايد طوري تعيين گردد كه جوابگوي نياز مصرف كنندگان بوده و از لحاظ فني و اقتصادي نيز قابل قبول باشد . بر اين اساس با توجه به وضعيت توپو گرافي و بافت ساخت و ساز ، فشار حد اقل و حد اكثر شبكه توزيع آب اين چنين توصيه مي گردد :
 الف ) حد اكثر فشار مجاز
با توجه به جنس و عمر لوله و وضعيت تو پو گرافي منطقه و كيفيت اجراي شبكه توزيع آب و لوله كشي داخل ساختمانها در ايران مطابق ضوابط سازمان برنامه و بودجه و وزارت نيرو فشار شبكه در حالت استا تيك حد اكثر 5 اتمسفر نو صيه مي گردد .
 لازم به ذكر است در صورتي كه با توجه به وضع تو پو گرافي منطقه محدوديت فوق الذكر مشكلاتي ايجاد نمايد و يا اضافه هزينه قابل ملاحظه اي داشته باشد . مي توان با تو جيه كافي در منا طقي از شبكه فشار حد اكثر تا 7 اتمسفر را مجاز دانست .
 ب) حد اقل فشار مجاز
در طراحي شبكه توزيع آب حد اقل فشار مجاز با توجه به نكات زير بدست مي آيد :
 با توجه به افت فشار در شبكه تو زيع آب و اتصا لات لازم جهت انشعاب از شبكه و لو له هاي داخل سا ختمان حد اقل فشار آب در هيچ يك از نقاط بر داشت در داخل سا ختمان كمتر از 3/0 اتمسفر نباشد . حد اقل فشار مجاز شبكه براي سا ختمانهاي يك طبقه 4/1 اتمسفر و براي هر طبقه اضافي 4/0 اتمسفر جهت تأمين ارتفاع و افت فشار هاي داخل سا ختمان بر عدد فوق الذكر افزوده مي شود . با توجه به شرايط اين مجتمع روستايي حد اكثر طبقاتي كه فشار آب آنها بايستي مستقيماً از شبكه تأمين گردد دو طبقه مي باشد . در سا ختمانهاي مر تفع جهت تأمين فشار مورد نياز با يستي از تأ سيساتي داخلي استفاده نمود . لازم به ذكر است كه اكثر ساختمانها ي اين مجتمع روستايي يك يا دو طبقه مي باشند و چنين به نظر مي رسد كه در سالهاي آينده نيز اين بافت حفظ گردد .
با توجه به مطلب فوق ا لذكر حداكثر طبقاتي كه فشار آب آنها بايستي مستقيماً از شبكه تأمين گردد ، دو طبقه منظور مي گردد . لذا حد اقل فشار مجاز شبكه در محدودة مورد مطالعه 8/1 اتمسفر مي باشد .
سرعت آب درون لو له هاي شبكه انتقال و توزيع
با توجه به اين مطلب كه در صورت كند بودن حركت آب در لو له ها باعث ايجاد رسوب مي گردد و همچنين باعث ازدياد عمر آب در درون لو له ها گرديده ، ماندگي و غير بهداشتي شدن آب را به دنبال دارد . حد اقل سرعت آب درون لو له هاي شبكه نبايد كمتر از 3/0 متر بر ثانيه گردد.
همچنين سر عت بيش از حد آب در درون لو له ها باعث فرسودگي زود رس و كوتاه شدن عمر مفيد آنها مي گردد لذا حد اكثر سرعت مجاز آب در لو له هاي خطوط انتقال 2 متر بر ثا نيه تو صيه مي شود . در مواقع تأمين نياز آتش نشاني براي مدت محدودي تا سرعت 5/2 متر بر ثانيه قابل قبول خواهد بود .
ضوابط تأمين نياز هاي آتش نشاني
يكي از موارد لازم جهت آبرساني ، تأمين نيازهاي آتش نشاني در مواقع بروز حادثه مي باشد لذا پس از طراحي شبكه بر اساس دبي حد اكثر ساعتي ، بايد بر اساس دبي نياز آتش نشاني كنترل گردد. بنابر اين شبكه توزيع آب بايد بتواند در مواقع آتش سوزي دبي و فشار مورد لزوم را تأمين نمايد .
فشار مجاز شبكه براي آتش نشاني
فشار شبكه توزيع آب بايد به نحوي باشد كه در هنگام برداشت آب به منظور مصرف آتش نشاني با احتساب حد اكثر مصارف روزانه و با توجه به افت فشار داخل شيلنگها و ارتفاع مخزن تانكر آتش نشاني امكان بر داشت آب با دبي لازم وجود داشته باشد . در مر اكز ي كه احتمال آتش سوزيهاي بزرگ مي رود ( مثل انبار كا لاهاي قابل اشتعال )  لازم است محاسبه  فشار شبكه بر مبنا ي برداشت آب از 2  الي  3  شير آتش نشاني انجام گردد.
تعداد آتش سوزي همزمان
تعداد آتش سوزيهاي همزمان و زمان متوسط در يك شبكه تو زيع آب تابع جمعيت تحت پو شش آن شبكه تعيين مي گردد
در محا سبات شبكه و توزيع حجم مخازن ، براي انتخاب تعداد آتش سوزيهاي همزمان لازم است لااقل يك مورد به عنوان آتش سوزي بزرگ ( در صو رتي  كه در منطقه مورد مطا لعه احتما ل آ ن مي رود ) در نظر گرفته شود .
براي اين مجتمع روستا يي يك آ تش سوزي به مدت  4  سا عت د ر نظر گرفته  مي شود .
دبي قابل برداشت از هر شير آتش نشاني
طرا حي شبكه با يد به نحوي باشد كه براي مصارف آ تش نشا ني بتوا ن ا ز هر شير آ تش نشا ني به ميزا ن 10 ليتر بر ثا نيه ( براي منا طق با خطر آتش سوزي كم ) و20 ليتر بر ثا نيه ( براي منا طق با خطر آتش سوزي زياد ) آ ب بر داشت نمود .
در منا طقي كه خطر آ تش سوزي بسيار كم باشد با تو جيه كا في دبي كمتري تا 7 ليتر بر ثانيه نيز در نظر گر فت . براي اين مجتمع روستا يي با توجه به تراكم ساخت و ساز آن دبي مصرف آ تش نشا ني 7 ليتر بر ثا نيه در نظر گرفته مي شود .
دامنه كار برد
پيش بيني ها ي لا زم جهت مقابله باآ تش سوزي در د اخل ساختمان هاي مر تفع و يا انبار ها ي كا لا و همچنين كار خانجاتي كه امكان وقوع آتش سوزي هاي بزر گ در آنها وجود دارد خارج از محدوده اين ضوابط مي با شد .
همچنين پيش بيني هاي لازم جهت مقابله به آ تش سوزي در اماكني از قبيل پمپ بنزين ، انبار مواد نفتي و      آتش زاي فرود گاهها و غيره كه به وسيله آب قا بل خاموش شدن نمي باشد در محدوده  اين ضوابط نمي باشد . البته در اينگو نه موارد ضرورتاً پيش بيني هاي لازم در شبكه توزيع آب ، به منظور ايجاد پرده حفاظتي به كمك آب ، براي ساختما نهاي مجاور و يا خنك نمودن محل آتش سوزي به عمل خواهد آمد .
مباني تعيين حجم مخازن
مخازن زميني جهت تأمين فشار ثابت براي مصرف كنندگان تحت پوشش شبكه توزيع آب ، مخزني بايد در نظر گرفته شود كه داراي تراز مناسب و همچنين داراي حجم مفيد كافي جهت ذخيره آب مورد نياز شبكه باشد حجم مفيد مخزن شامل سه قسمت زير مي باشد .
الف – حجم مورد نياز براي جبران نوسانات ساعتي
ب – حجم مورد نياز براي تأمين نيازهاي آتش نشاني
 ج – حجم مورد نياز آب در مواقعي كه آ ب ورودي به مخازن قطع مي شود . ( در اثر شكستگي وصدمات وارده به مجاري و خطوط آ برسا ني يا از كار افتادن تلمبه ها و انجام تعميرات وغيره )
الف – حجم مورد نياز براي جبران نواسات سا عتي مصرف ( حجم متعا دل كننده ) مخازن آب با يستي قادر باشند آب مورد نياز مصرف كنند گان در سا عات حدا كثر مصرف را تأ مين نما يند . حجم مورد نياز براي اين منظور بايستي با اندازه گير يهاي لازم وتر سيم منحني تغييرات روزانه مصرف تعيين گردد . در صور تي كه تر سيم منحني تغييرات مصرف امكان پذ ير نبا شد لا زم است با استفا ده از تغييرات مصرف در شهر ها يي با شرايط مشا به  ،  حجم مورد نياز را محا سبه نمود . در صورتي كه تغذيه مخزن با دبي ثابت انجام گيرد حجم مورد نياز فوق برابر  15 –25  در صد حدا كثر مصرف روزانه شبكه مر بوط ( با توجه به جمعيت ونحوه مصرف )  توصيه مي شود در صو رتي كه تغذ يه مخزن با ثا بت انجام نشود ، اين حجم مطابق شرايط پمپاژ تعيين خواهد شد .
ب- حجم مورد نياز براي تأ مين نياز هاي آ تش نشا ني :باتوجه به جمعیت و تعئائ آتش سوزی های همزمان.
ج – حجم مورد نياز براي تأ مين آ ب در مواقع آ ب ورودي به مخزن اين حجم بايستي قادر باشد در صورت قطع شدن جر يان آ ب ورودي به مخزن ، آ ب مورد نياز شبكه مر بو طه را تا مين نمايد .
عوا ملي كه موجب افزايش اين حجم مي گر دد به شرح زير مي با شد .
-منحصر بفرد بودن منبع تأمين
-منحصر بفرد بودن خط آ برسا ني و طول زياد اين خط
-سختي دسترسي به خط آ برسا ني يا محل تأ مين آب
-احتما ل زياد قطع برق ونداشتن سيستم برق اضطراري در مواردي كه از پمپ استفاده مي شود .
-محدوديت امكانات واجراي تعميرات سريع خطوط ويا ساير تأ سيسات آبر ساني
-ميزان آ سيب پذ يري تأ سيسات آ بر ساني
 حجم مورد نياز براي اين مورد با توجه به عوا مل فوق الذكر تعيين مي گردد و به هر صورت ميزان اين اضا فه حجم از  10 در صد حداكثر روزانه شبكه مربو طه در پايان دوره طرح كمتر نخوا هد  بود .
محا سبه حجم مفيد مخا زن در انتهاي دوره طرح
حجم مفيد مخازن با توجه به مطا لب فوق الذ كر تعيين مي شود و در صورت نبودن اطلاعات كا في ، در شرایط معمو لي اين حجم بين 50 تا 75 در صد حداكثر مصرف روزانه پيش بيني شده درپايان دوره طرح توصيه مي گر دد .
تبصره 1 – در صورتي كه عوا مل ذكر شده در بند ( ج ) منا سب باشد حجم مفيد مخا زن را مي توان تا 25 در صد حد اكثر مصرف روزانه كاهش داد .
تبصره 2 – در موارد خاص از جمله نا مساعد بودن شرايط ذكر شده در بند ( ج ) مي توان با تو جيه كا في حجم بيشتري انتخاب نمود .
مخازن هوا يي
حجم مفيد مخازن هوايي كه بنابر شراط خاص محلي و برر سيهاي اقتصادي به منظور هاي تأ مين نوسا نات سا عتي ، ذخيره آ تش نشا ني ، ذخيره اضطراري و تآمين فشار شبكه ساخته مي شود ، تابع آ نچه در بند (د) از رديف قبل تشريح گرديد مي باشد ، در صورت وجود مخازن زميني ولزوم سا ختن بر جهاي آ ب جهت تأ مين فشار تعيين حجم مفيد مخازن هوايي ، با مقايسه اقتصا د ي تلمبه خا نه ها لو له ها و سيستم تأ مين برق اضطر اري صورت مي گيرد . حجم مفيد اين مخازن معمو لاً بين 3 تا 5 در صد حداكثر مصرف روزانه پيش بيني شده در پايان دوره طرح انتخاب مي گردد.
تبصره – در مواردي كه وسعت شبكه زير پو شش كم و يا شراط نا مساعد با شد با توجيهات كا في مي توان حجم بيشتري را انتخاب نمود .
مصرف سرانه آ ب شرب
طبق تعريف ، كل مصرف سرانه آ ب شرب شهر عبا رتست از ميانگين روزانه مصر ف كل آ ب در طول سا ل به ازاء هر نفر از جمعيت شهر وشا مل مصارف مختلفي نظير خا نگي ، عمومي ، تجاري ، صنعتي و تلفات و….مي باشد .
 بنا بر اين بديهي است كه مصرف سرانه به عنوان يكي از پايه اي ترين ومهمتر ين اعداد در طراحي شبكه توزيع آ ب شرب وخطوط انتقال مورد استفاده قرار گيرد وبا توجه به اين اهميت ، شنا سا يي ميزا ن و تعيين روند رشد آ ن لازم و ضر و ر ي  مي باشد . قبل از پر داختن به مصرف سرانه اين مجتمع روستا يي منا سب است جدولي را كه نشريه شماره  3 – 117 سازمان بر نا مه و بودجه براي حدود سال 1395   پيشنهاد نموده است مورد اشاره قرار داد . در نشريه مز بور براي مصرف خا نگي ( بدون فضاي سبز ) مقادير ، حداقل وحداكثر ي معادل 75 و 150 ليتر به ازاء هر نفر در شبانه روز پيش بيني شده است به همين تر تيب براي حداقل وحداكثر متوسط سرانه عمومي  10 و20 ليتر وحداقل وحداكثر سرانه تجاري وصنعتي 10 و 45 ليتر منظور گرديده است .در خصوص تلفات آ ب نيز  20در صد متوسط مجموع  مصارف خانگي ، عمومي ، تجاري وصنعتي وفضاي سبز پيشنهاد شده است
حال مي توان با در نظر گر فتن توصيه هاي نشريه فوق الذكر سرانه آ ب شرب اين مجتمع روستا يي را تعيين نمود . چنانچه متوسط مصرف خا نگي ( بدون فضاي سبز ) براي هر نفر 75 ليتر در شبانه روز وسرانه متوسط مصارف عمومي 10 ليتر ومصارف تجاري وصنعتي را 10 ليتر در شبا نه روز در نظر بگيريم مصرف سرانه براي هر نفر بدون احتساب فضاي سبز 95 ليتر در شبا نه روز بدست مي آ يد . اگر براي هر نفر 2 متر مربع فضاي سبز در نظر گرفته شود . نياز آ بي اين مقدار فضاي سبز حدود 21 ليتر در شبا نه روز خوا هد بود . لذا مجموع مصرف سرانه هر نفر 116 ليتر در شبا نه روز خواهد بود . با احتساب 20 در صد تلفات آ ب در مخزن و خطوط  انتقال و شبكه توزيع نياز آ بي هر نفر 2/139 ليتر در شبا نه روز مي شود . بنا بر اين براي هر نفر 140 ليتر آ ب در شبا نه روز مي توان منظور نمود .
ضريب حداكثر مصرف روزانه ( C1 )
طبق تعريف اين ضريب عبارت است از ميزان مصرف كل به ازاء هر نفر از جمعيت شهر در روز هايي از سال كه به علت شرايط آ ب و هوايي وغيره ، مقدار آ ن به حداكثر مي رسد . ضريب مزبور تابع مسائل مختلفي مي باشد و بر اساس تقسيمات اقليمي ايران مندرج در مبا ني و ضوابط طراحي طرحهاي آبرسا ني شهري از نشريات سازمان بر نامه و بودجه و وزارت نيرو جدولي ارائه شده است كه بر اساس مناطق آ ب وهوايي مختلف ارائه شده است .
ضريب حداكثر مصرفي ساعتي ( C2 )
طبق تعريف اين ضريب عبارت است از ميزان مصرف كل به ازاء هر نفر از جمعيت شهر در سا عتي از يك روز بر مصرف كه مقدار آن به حداكثر مي رسد . اين ضريب نيز تابع عوامل مختلفي نظير جمعيت در پايان دوره طرح ، عادات مردم در مصرف آب و ….بوده و مشابه C1  در نشريه 3 -117 جدولي ارائه شده است .
نياز آبي

اگر در یک مجتمع روستايي در سال 1400 داراي  15978 نفر جمعيت باشد . بنابراين نياز آبي آن با احتساب 140 ليتر در شبانه روز براي هر نفر برابر 816476 متر مكعب در سال خواهد بود . همچنين نياز آبي اين مجتمع روستا يي در سال افق طرح در گر مترين روزهاي سال برابر 3132 متر مكعب در شبانه روز مي باشد . لذا منابع تأ مين آ ب اين مجتمع بايد توانا يي تا مين اين مقدار آ ب را داشته باشند .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب