مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مخازن توزیع آب: انواع، روش طراحی، ساخت، مقاوم سازی و محاسبات

مخازن توزیع آب برای ذخیره و توزیع یکنواخت آب در شبکههای شهری، صنعتی و کشاورزی استفاده میشوند. طراحی و ساخت این مخازن باید مطابق با استانداردهای فنی، مقاوم در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی، و سازگار با شرایط محیطی باشد. در زیر به تفصیل به بررسی این موضوع پرداخته شده است:

۱. انواع مخازن توزیع آب

الف) از نظر موقعیت مکانی

• مخازن هوایی (Elevated Tanks):

  • روی برج یا سازههای بلند نصب میشوند.

  • مناسب برای ایجاد فشار ثابت در شبکه (با استفاده از ارتفاع آب).

  • جنس: بتن مسلح، فولاد یا کامپوزیت.

• مخازن زمینی (Ground Reservoirs):

  • روی سطح زمین ساخته میشوند.

  • برای ذخیره حجم بالای آب (تا چندین هزار مترمکعب).

  • جنس: بتن مسلح، پیشساخته یا فولادی.

• مخازن زیرزمینی (Underground Tanks):

  • برای جلوگیری از تبخیر و آلودگی در مناطق گرمسیر.

  • نیاز به عایقبندی و مقاومت در برابر فشار خاک.

• مخازن هیدروپنوماتیک:

  • ترکیب مخزن تحت فشار با پمپ برای تأمین فشار در شبکه.

ب) از نظر شکل هندسی

• استوانه ای (Cylindrical): رایجترین نوع به دلیل توزیع یکنواخت فشار.

• مکعبی (Rectangular): مناسب برای فضای محدود، اما نیاز به دیوارهای ضخیمتر.

• کروی (Spherical): مقاومت بالا در برابر فشار داخلی، ولی هزینه ساخت بالا.

۲. روش طراحی مخازن

الف) تعیین ظرفیت مخزن

• بر اساس نیاز روزانه آب (با فرمت زیر):

  V=Qmax​×T

  • Qmax​: حداکثر دبی مصرفی (m³/h).

  • T: زمان ذخیرهسازی (معمولاً ۸–۲۴ ساعت).

ب) طراحی سازهای

• مخازن بتنی:

  • محاسبه ضخامت دیوارها و کف با توجه به فشار هیدرواستاتیک:

    (σallow​×ϕ)/(t=(P×r​

    • P: فشار آب (kN/m²)، r: شعاع مخزن، σallow​: تنش مجاز بتن.

  • میلگردگذاری بر اساس آییننامه ACI 318 یا ISIRI 2800.

• مخازن فولادی:

  • طراحی ورقها و اتصالات جوشی مطابق استاندارد AWWA D100.

  • محاسبه ضخامت ورق:

    
    (2×S×E)/t=(P×D)

  • • D: قطر مخزن، S: تنش مجاز فولاد، EE: بازدهی اتصال.

ج) ملاحظات ویژه

• بارهای مؤثر:

  • بار مرده (وزن مخزن و آب).

  • بار زلزله (طبق استاندارد ASCE 7).

  • بار باد (برای مخازن هوایی).

• نشست پی: تحلیل ظرفیت باربری خاک با آزمایش SPT یا CPT.

۳. روش های ساخت مخازن

الف) مخازن بتنی

• قالبب ندی لغزنده (Slip Forming): برای مخازن استوانهای بلند.

• قالب بندی پانلی: برای مخازن مکعبی.

• بتن پاششی (Shotcrete): برای مخازن زیرزمینی با اشکال پیچیده.

ب) مخازن فولادی

• ساخت و نصب ورق ها: جوشکاری ورق های فولادی ضدزنگ (استنلس استیل) یا گالوانیزه.

• پوشش ضدخوردگی: استفاده از اپوکسی یا پلیاورتان.

ج) مخازن پیش ساخته

• جنس: پلی اتیلن (HDPE)، فایبرگلاس یا بتن پیش تنیده.

• مزایا: نصب سریع و هزینه نگهداری کم.

۴. روشهای مقاومسازی مخازن

الف) مقاومسازی سازهای

• اضافه کردن مهاربند (Bracing): برای مخازن هوایی در مناطق زلزلهخیز.

• تقویت دیوارها با FRP: استفاده از الیاف کربن یا شیشه برای افزایش مقاومت کششی.

• تزریق رزین اپوکسی: پرکردن ترکهای بتن.

ب) مقاومسازی در برابر خوردگی

• پوشش کاتدی (Cathodic Protection): برای مخازن فولادی.

• تعویض ورقهای آسیبدیده: در مخازن قدیمی.

ج) بهسازی پی

• ترمیم نشست: تزریق دوغاب سیمان به زیر پی.

• اضافه کردن شمع: برای افزایش ظرفیت باربری خاک.

۵. محاسبات کلیدی

الف) محاسبه حجم مخزن

• برای یک شهر ۱۰,۰۰۰ نفری با مصرف سرانه ۱۵۰ لیتر:

  V=10,000×150×1.5 (ضریب اطمینان)=2,250m3

ب) تحلیل فشار هیدرواستاتیک

• فشار در عمق h:

  P=ρ×g×h

  • ρ: چگالی آب (۱۰۰۰ kg/m³)، g: شتاب گرانش (۹.۸۱ m/s²).

ج) طراحی میلگرد در مخازن بتنی

• میلگردهای حرارتی: حداقل ۰.۲٪ سطح مقطع بتن.

• میلگردهای اصلی: بر اساس لنگر خمشی ناشی از فشار آب.

۶. استانداردهای طراحی و ساخت

• مخازن بتنی:

  • ACI 350: استاندارد طراحی سازههای بتنی در تماس با آب.

  • ISIRI 2800: آییننامه بتن ایران.

• مخازن فولادی:

  • AWWA D100: استاندارد مخازن فولادی آب.

  • API 650: برای مخازن با حجم بسیار بالا.

۷. جمعبندی

طراحی و ساخت مخازن توزیع آب نیازمند در نظر گرفتن عوامل متعددی مانند ظرفیت مورد نیاز، شرایط محیطی، مصالح در دسترس و ملاحظات اقتصادی است. مقاومسازی مخازن قدیمی با روشهای نوین مانند FRP یا پوشش های کاتدی، عمر مفید آنها را افزایش میدهد. استفاده از نرمافزارهای تخصصی مانند SAP2000 یا ETABS برای تحلیل سازهای و شبیه سازی فشارهای دینامیکی توصیه میشود. در نهایت، بازرسی دوره ای و نگهداری مناسب، کلید عملکرد پایدار این سازه هاست.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب