مرجع تخصصی آب و فاضلاب

شبکه های آب:

1. انواع شبکه های آبی

• شبکه های شهری:

  • آب شرب: انتقال و توزیع آب تصفیه شده به مصرف کنندگان.

  • آب اطفای حریق: لوله کشی با فشار بالا برای استفاده در مواقع اضطراری.

  • فاضلاب: جمع آوری و انتقال فاضلاب به تصفیه خانه ها.

  • آب باران (سیلابی): مدیریت رواناب برای جلوگیری از سیلاب.

• شبکه های روستایی:

  • آبیاری: شبکه های تحت فشار یا کانال های باز برای کشاورزی.

  • سیستم های غیرمتمرکز: چاه ها، مخازن محلی، و سیستم های جمع آوری آب باران.

2. روش های طراحی

• روشهای سنتی:

  • استفاده از استانداردها (مثل AWWA یا استانداردهای ملی).

  • طراحی دستی بر اساس دبی و فشار مورد نیاز.

• روشهای مدرن:

  • نرمافزارهای شبیه سازی هیدرولیک (EPANET، WaterGEMS، SWMM).

  • GIS و BIM برای نقشه برداری و مدلسازی سه بعدی.

  • طراحی پایدار: استفاده از روش های سازگار با محیط زیست (مثل WSUD).

• مبانی طراحی:

  • تأمین فشار و دبی کافی در نقاط بحرانی.

  • افزونگی (Redundancy) برای اطمینان از قابلیت اطمینان.

3. محاسبات و فرمول ها

• معادلات پایه:

  • معادله پیوستگی: (دبی = سطح مقطع × سرعت)

  • Q=A⋅v.

  • دارسی-وایسباخ:​ (افت فشار اصطکاکی)

  • (hf=f⋅(L/D)⋅(v^2/2g

  • hf​=f⋅DL​⋅2gv2.

  • هیزن-ویلیامز: (برای جریان در لوله ها)

  • v=0.849⋅C⋅R^0.63⋅S^0.54 .

  • برنولی:

  • P1​+1/2ρv12​+ρgh1​=P2​+1/2​ρv22​+ρgh2​.

• محاسبات شبکه:

  • روش هاردی-کراس برای حل شبکه های حلقوی.

  • تخمین مصرف آب: سرانه مصرف (مثلاً ۲۰۰ لیتر/نفر/روز).

  • طراحی مخازن: حجم بر اساس نیاز روزانه و ذخیره اضطراری.

4. بهینه سازی

• روشهای ریاضی:

  • الگوریتم های ژنتیک (GA) و بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO).

  • برنامه ریزی خطی و غیرخطی برای کمینه سازی هزینه.

• استراتژی های عملی:

  • مدیریت فشار با شیرهای کاهنده فشار (PRV).

  • کاهش نشت: استفاده از حسگرهای صوتی یا IoT برای شناسایی سریع.

  • استفاده از انرژی تجدیدپذیر در پمپاژ (مثل پنل های خورشیدی).

5. عوامل مؤثر در طراحی

• عوامل فنی:

  • توپوگرافی (اختلاف ارتفاع بین منبع و مصرف کننده).

  • کیفیت آب و خوردگی لوله ها (انتخاب مواد: PVC، چدن داکتیل، HDPE).

• عوامل انسانی و محیطی:

  • رشد جمعیت و الگوی مصرف.

  • تغییرات اقلیمی (خشکسالی، بارش های شدید).

• قوانین و استانداردها:

  • رعایت حداقل فشار (مثلاً ۱۵ متر ستون آب در شبکه شهری).

  • الزامات زیست محیطی (مانند جلوگیری از نشت فاضلاب).

6. ساخت و اجرا

• مراحل اجرا:

  1. مطالعات اولیه (ژئوتکنیک، هیدرولوژی).

  2. طراحی تفصیلی و اخذ مجوزها.

  3. حفاری و نصب لوله ها (روشهای بدون حفاری در مناطق شهری).

  4. تست فشار و ضدعفونی شبکه.

  5. راه اندازی و آموزش بهرهبرداران.

• اجزای کلیدی:

  • لوله ها: انتخاب جنس بر اساس هزینه و دوام.

  • پمپ ها و مخازن: تأمین فشار و ذخیرهسازی.

  • شیرآلات: کنترل جریان و ایزوله کردن بخشها.

• فناوریهای نوین:

  • سیستمهای SCADA برای مانیتورینگ لحظهای.

  • روش های بدون حفاری (مثل میکروتونلینگ).

نکات کلیدی

• تعمیر و نگهداری: بازرسی دورهای و جایگزینی لولههای فرسوده.

• اقتصاد پروژه: توازن بین هزینه اولیه و عمر مفید شبکه.

• مشارکت عمومی: آموزش جامعه برای کاهش مصرف و گزارش نشت.

برای جزئیات بیشتر در هر بخش، میتوان از منابعی مانند استاندارد AWWA M31، نرمافزار EPANET، یا کتاب "طراحی شبکه های آبرسانی" استفاده کرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

لوله کشی جکی (Pipe Jacking): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روشهای اجرای لولهکشی جکی

لوله کشی جکی یک روش بدون حفاری باز برای نصب لولهها در زیر زمین با استفاده از نیروی رانش هیدرولیک است. این روش به دو دسته اصلی تقسیم میشود:

• لوله کشی جکی استاندارد (Standard Pipe Jacking):

  • نصب لوله ها بهصورت مرحلهای با استفاده از جکهای هیدرولیک و حفاری همزمان.

  • مناسب برای لولههای با قطر ۸۰۰–۳۵۰۰ میلیمتر و طول تا ۲۰۰ متر.

• میکروتونلینگ (Microtunneling):

  • استفاده از دستگاه های رباتیک هدایتشونده برای حفاری دقیق و نصب لوله.

  • مناسب برای پروژه های با دقت بالا (انحراف کمتر از ۲۵ میلیمتر).

۲. محاسبات کلیدی

• نیروی رانش مورد نیاز (Jacking Force):
  F=Fاصطکاک​+Fخاک​+Fلوله​

  • Fاصطکاک=μ×W×LFاصطکاک​=μ×W×L
    μ=ضریب اصطکاک، W=وزن لوله، L=طول مسیرμ=ضریب اصطکاک،W=وزن لوله،L=طول مسیر.

  • Fخاک=γ×D2×L×KFخاک​=γ×D2×L×K
    γ=وزن مخصوص خاک، D=قطر لوله، K=ضریب فشار جانبی خاک

  • Fلوله=مقاومت لوله در برابر خمش

• فشار وارد بر لوله (Pipe Stress):
  σ=F/A​
  A=سطح مقطع لوله

• پایداری چاه (Borehole Stability):

  • استفاده از معیارهای ترزاقی (Terzaghi) یا پروکتور (Proctor) برای جلوگیری از ریزش دیواره.

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• سیستم جکینگ (Jacking Rig):

  • جکهای هیدرولیک: با ظرفیت رانش ۱۰۰–۵۰۰۰ تُن.

  • صفحه فشار (Thrust Wall): برای توزیع نیروی رانش به دیواره چاله.

• سر حفاری (Cutting Head):

  • تیغه های چرخان (Rotary Cutters): برای خاکهای نرم تا نیمه سخت.

  • دیسکهای الماسه (Disc Cutters): برای سنگهای سخت.

• سیستم هدایت (Guidance System):

  • لیزر یا ژیروسکوپ: برای کنترل دقیق مسیر.

• لوله های پیشساخته:

  • جنس: بتن مسلح، فولاد، یا GRP (فایبرگلاس).

  • اتصالات آب بند: با گسکتهای لاستیکی یا سیمانی.

• سیستم روانکاری (Lubrication):

  • تزریق دوغاب بنتونیت یا پلیمر برای کاهش اصطکاک.

۴. شیوه اجرا

۱. آمادهسازی محل:

• حفر چالههای ورودی و خروجی (Launch & Receiving Shafts) با عمق و ابعاد مناسب.

• نصب صفحه فشار و جکهای هیدرولیک در چاله ورودی.

۲. نصب لوله اولیه:

• قراردادن اولین لوله در چاله ورودی و اتصال به سر حفاری.

۳. فرآیند حفاری و جکینگ:

• شروع حفاری با سر حفاری و هدایت مسیر توسط سیستم لیزر.

• انتقال خاک حفاریشده به سطح با نوار نقاله یا سیستم هیدرولیک.

• اعمال نیروی رانش توسط جکها برای هل دادن لوله ها به جلو.

۴. نصب لوله های بعدی:

• افزودن لوله های جدید بهصورت مرحلهای و اتصال آنها با دقت میلیمتری.

• تزریق روانکار به فضای بین لوله و خاک برای کاهش اصطکاک.

۵. هدایت و اصلاح مسیر:

• نظارت مداوم بر انحراف مسیر و تنظیم زاویه سر حفاری.

۶. اتمام کار و تست نهایی:

• رساندن لوله به چاله خروجی و خارجکردن سر حفاری.

• تست آببندی و فشار برای اطمینان از عملکرد صحیح.

۵. چالشها و راهکارها

• ریزش دیواره چاه:

  • راهکار: تزریق دوغاب سیمانی یا پلیمر برای تثبیت خاک.

• انحراف از مسیر:

  • راهکار: استفاده از سیستمهای هدایت اینرشیال (Inertial Guidance).

• اصطکاک بالا:

  • راهکار: افزایش دوز روانکار یا استفاده از لوله های پوششدار.

۶. مزایای لوله کشی جکی

• عدم نیاز به حفاری باز: کاهش اختلال در ترافیک و محیط زیست.

• نصب لوله های بزرگ قطر: تا ۳.۵ متر با استفاده از جکهای پرتوان.

• دقت بالا: انحراف کمتر از ۱% طول مسیر.

• سرعت اجرا: پیشروی ۵–۲۰ متر در روز (بسته به شرایط).

۷. کاربردهای اصلی

• شبکه های فاضلاب و آب: در مناطق شهری شلوغ.

• خطوط انتقال گاز و نفت: زیر رودخانه ها یا جاده ها.

• تونل های دسترسی: برای پروژههای مترو یا معادن.

لوله کشی جکی به عنوان یک روش پیشرفته و پایدار، برای پروژههای زیرزمینی در مناطق پرتراکم شهری ایده آل است. موفقیت این روش به دقت در طراحی، انتخاب تجهیزات، و مدیریت اصطکاک و فشار خاک بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

شبکه آب: طراحی، نکات، فرمولها، روشها و چالشها

۱. طراحی شبکه آب

• نکات کلیدی طراحی:

  • محاسبه تقاضا: پیشبینی جمعیت، مصرف سرانه، نیازهای صنعتی و آتشنشانی.

  • انتخاب مصالح لوله ها: مقاومت در برابر خوردگی، فشار، و عمر طولانی (مانند PVC، چدن داکتیل، یا پلیاتیلن).

  • الگوی شبکه: حلقه های بسته (برای کاهش قطعی و توزیع یکنواخت) یا شاخهای (هزینۀ پایینتر).

  • مدیریت فشار: جلوگیری از فشار بیشازحد (ترکیدگی) یا فشار کم (کاهش کیفیت).

  • پایداری: تطابق با تغییرات اقلیمی و رشد جمعیت.

۲. فرمولها و محاسبات

• محاسبه دبی (Q):

  • Q=P×q×F
    P=جمعیت، q=مصرف سرانه، F=ضریب اوج

• محاسبه افت فشار:

  • معادلۀ هیزن-ویلیامز:
    V=0.849×C×R0.63×S0.54
    C=ضریب زبری، R=شعاع هیدرولیک، S=شیب

  • معادلۀ دارسی-وایسباخ:
    hf​=f×L/D​×V2 /2g

• سرعت جریان:
  V=Q/A​ (حد مطلوب: ۰.۵–۲.۵ m/s).

۳. روشهای طراحی و چالشها

• روشها:

  • شبکه گرانشی: استفاده از شیب طبیعی زمین (کاهش هزینه پمپاژ).

  • شبکه پمپاژ: برای مناطق مرتفع یا مسافت های طولانی.

• چالشها:

  • فرسودگی زیرساخت های قدیمی.

  • یکپارچه سازی فناوری های نوین (مانند SCADA).

  • تغییرات اقلیمی و کمآبی.

۴. نگهداری و بازسازی

• نگهداری پیشگیرانه:

  • بازرسی دورهای با دوربین های CCTV.

  • شناسایی نشت با دستگاه های آکوستیک یا گاز ردیاب.

  • شستشوی خطوط برای جلوگیری از رسوب.

• روش های بازسازی:

  • بدون حفاری (Trenchless):

    • لاینینگ (Slip Lining): قراردادن لوله جدید در داخل لوله فرسوده.

    • پایپ برستینگ: جایگزینی لوله قدیمی با لوله بزرگتر.

    • CIPP (Cured-In-Place Pipe): استفاده از رزین پلیمری برای ترمیم.

  • روشهای سنتی: تعویض لوله با حفاری باز.

۵. افزایش قطر شبکه موجود

• روشها:

  1. نصب خط موازی: اضافه کردن لوله جدید در کنار خط موجود.

  2. پایپ برستینگ: شکستن لوله قدیمی و جایگزینی با لوله بزرگتر.

  3. اسپیرال وایندینگ: افزایش قطر با نوارهای پلیمری مارپیچ.

  4. استفاده از پمپهای تقویتی: افزایش فشار برای جبران محدودیت ظرفیت.

۶. روشهای حفاری

• حفاری باز (Open-Cut):
  مناسب برای مناطق کمتراکم، اما با اختلال در ترافیک و محیط زیست.

• فناوریهای بدون حفاری:

  • حفاری افقی هدایتشده (HDD): برای عبور از زیر رودخانه ها یا جاده ها.

  • میکروتونلینگ: حفاری دقیق با قطر کم برای مناطق شهری.

  • لوله کشی جکی (Pipe Jacking): نصب لوله با فشار هیدرولیک.

۷. چالش های کلیدی

• طراحی: هماهنگی با توسعۀ شهری، محدودیت های بودجه.

• بازسازی: تداخل با زیرساخت های موجود (برق، گاز).

• افزایش قطر: هزینه های بالا و نیاز به فناوری های پیشرفته.

۸. نرمافزارهای کاربردی

• EPANET: شبیه سازی هیدرولیکی شبکه.

• WaterGEMS: بهینه سازی طراحی و مدیریت فشار.

با ترکیب روشهای نوین بدون حفاری و مدیریت هوشمند فشار، میتوان عمر شبکههای آب را افزایش داد و چالشهای توسعۀ شهری را کاهش داد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري

هدف :

شناسايــــي پرت آب در شبكه هاي آب رساني شهري بصورت هاي فيزيكي و غير فيزيكي كه از مخازن ذخيره و لوله هاي اصلي شبكه توزيع آب شهري و نيز شبكه هاي فــرعي و انشعابات مشتركين كه ممكن است بصورت نشت آب و يا تركيدگي   لوله هاي اصلي و فرعي شبكه و انشعابات و شيرهاي شبكه به خارج از ســــيستم توزيع آب منتقل شود و حجم عظيمي از آب سالم و بهداشتي هدر ميرود كه با مشكلات فراواني توليـــــــد و در بعضي از شهرها تصفيه مي شود و هزينه هاي هنگفتي را شركتــهاي آب و فاضلاب بابت آن خرج مي نمايند و در كشور ما علاوه بر آنكه از نظر اقتصادي هزينه هاي كلاني  متوجه دولت در اين زمينه  مي شود كشور ما داراي منابع محدود آب مي باشــــــد و در بيشتر موارد 60-40 درصد آب توليد شده براي شرب شهري بصورت تلفات هدر ميرود كه رقم بسيار بالايي است .

بنابراين شناسايي راههاي بروز تلفات آب و ارائـــــه راهكارهـــــاي مقابله با آن شكلات زيادي را از پيش پاي صنعت نوپاي آب و فاضلاب كشور بر ميدارد.

 تعريف آب به حساب نيامده : (پرت شبكه  يا تلفات شبكه) تلفات آب در شبكه آبرساني شهري به دو صورت مشهود است .

الف :تلفات فيزيكي آب.

ب : تلفات غير فيزيكي .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب