نظام توزيع المياه
نظام توزيع المياه عبارة عن بنية تحتية هيدروليكية مكونة من عناصر مثل الأنابيب والخزانات والمضخات والصمامات وما إلى ذلك.
من المهم جدًا توفير المياه الصالحة للشرب للمستخدمين النهائيين ، وبالتالي فإن توفير المياه بكفاءة له أهمية قصوى عند تصميم شبكة توزيع مياه جديدة أو توسيع شبكة موجودة.
كان حساب التدفقات والضغوط في شبكة معقدة يمثل تحديًا كبيرًا واهتمامًا لأولئك المشاركين في تصميم وبناء وصيانة أنظمة توزيع المياه العامة.
يخلق تحليل وتصميم شبكات المياه (الأنابيب) مشكلة معقدة نسبيًا ، خاصة إذا كانت الشبكة تتكون من مجموعة من الأنابيب.
كما يحدث بشكل متكرر في أنظمة توزيع المياه في المناطق الحضرية الكبيرة ، في غياب تسارع كبير في السوائل.
يمكن أيضًا تحديد سلوك الشبكة من خلال سلسلة من ظروف الحالة المستقرة ، والتي تعد مكونًا صغيرًا ولكنه حيوي في تقييم كفاية الشبكة.
مثل هذا التحليل ضروري عندما يكون التغيير في نمط الاستهلاك أو التسليم مهمًا ، أو يتم إضافة ميزات.
مثل توفير المياه أو إضافة مضخات التعزيز أو صمامات تنظيم الضغط أو صهاريج التخزين أو إجراء تغيير في النظام.
أنواع مختلفة من شبكات توزيع المياه.
جميع شبكات توزيع المياه في جميع المدن تنشأ بشكل رئيسي من ثلاثة أنواع من الأنابيب.
وتصنف هذه الأنابيب حسب ما تفعله كالآتي:
خطوط النقل
- هذه الأنابيب مسؤولة عن نقل المياه من المصدر (خزانات التجميع الرئيسية) وربطها وتوجيهها إلى نظام التوزيع.
خط شبكة التوزيع
- أما هذا الرجل فهو يتولى نقل المياه وتوصيلها إلى جميع مناطق المدينة.
- أنابيب الخدمة: وهي الأنابيب التي تنبثق وتتفرع من أنابيب التوزيع وتعمل على نقل المياه منها إلى مواقع الاستهلاك المختلفة.
تحليل مواسير المياه
يمكن وصف تحليل أنابيب المياه بأنه إخضاع لقوة تدفق السائل عبر شبكة هيدروليكية عن طريق التحليل.
على وجه الخصوص ، شبكة تضم العديد من الفروع المترابطة أو المتشابكة.
يكمن السر وراء هذا التحليل في مراقبة علاقات التدفق وتعيين درجات انخفاض الضغط داخل الأقسام الفردية للشبكة.
بحيث يتم توجيه المياه إلى عدد من الأشخاص الذين يشاركون في نظام إمدادات المياه البلدية.
يجب التأكيد على أن المياه تتدفق عبر شبكة مياه عذبة تتكون من سلسلة من الأنابيب المتصلة.
تحل الشبكات من هذا النوع بعض معضلات التصميم الهيدروليكي ، وهو ما يسمى “تحليل شبكة الأنابيب”.
لحل هذه المشكلة ، عادة ما يتم استخدام برنامج كمبيوتر ، والذي يحل المشكلة تلقائيًا بعد حدوثها.
يمكن أيضًا حل هذه المشكلة باستخدام جدول موسع مع برنامج استكشاف الأخطاء وإصلاحها ، وكذلك باستخدام آلة رسومات حديثة.
كيفية تحليل شبكات المياه
تم استخدام العديد من الطرق في الماضي لحساب التدفقات في نظام مائي ، وتتراوح هذه الطرق من الطرق الرسومية.
باستخدام المقارنات الفيزيائية وأخيرًا استخدام النماذج الرياضية ، تم تطوير طرق تحليل الشبكة هذه وتنفيذها في الكمبيوتر على مدار الخمسين عامًا الماضية.
تتوفر عدة طرق للتحليل وهي:
طريقة هاردي كروس
ربما تكون هذه هي الطريقة الأكثر استخدامًا للتحليل ، وهذه الطريقة تعمل على إصلاح القيمة الافتراضية الأولية.
باستخدام التمديد من الدرجة الأولى لمعادلة الطاقة ، من حيث عامل الاختيار للتدفق في كل دائرة.
في بعض الحالات ، وجد أن طريقة هاردي كروس تتقارب ببطء شديد أو لا تتقارب على الإطلاق.
وهذا يؤدي إلى اقتراح تدابير خاصة لتحسين التقارب ونموذج مقيد لتصميم الحد الأدنى من تكلفة شبكات توزيع المياه.
حاولت هذه المنهجية حساب حالات عدم اليقين في الطلبات المطلوبة ، ورؤوس الضغط المطلوبة ، ومعاملات خشونة الأنابيب.
تمت صياغة مشكلة التحسين أيضًا كنموذج برمجة غير خطي يتم حله باستخدام طريقة التدرج المنخفض المعمم.
إنه يوضح أن عدم اليقين في الطلب المستقبلي ، ومتطلبات رأس الضغط ، وخشونة الأنبوب يمكن أن يكون لها تأثير كبير على التصميم والتكلفة الأمثل.
علاوة على ذلك ، يمكن حساب موثوقية نظام توزيع المياه من خلال معالجة الطلب وضغط الرأس وخشونة الأنابيب كمتغيرات عشوائية.
يمكن أيضًا افتراض أن الطلب على المياه ومعامل خشونة الأنبوب يتبعان التوزيع الاحتمالي ، ثم استخدام مولد الأرقام العشوائية لتوليد قيم المتغيرات العشوائية لكل عقدة وأنبوب.
يقوم بإجراء عمليات المحاكاة الهيدروليكية وحساب رؤوس الضغط عند عقد الأمر ، طالما يتم الوفاء بالطلبات.
أخيرًا ، يمكن حساب التبعيات الهيدروليكية للنظام والعقدة باستخدام EPANET.
قد يثير اهتمامك:
عبر تطبيق iPaint
IPanet هو تطبيق برمجي يستخدم في جميع أنحاء العالم لنمذجة أنظمة توزيع المياه وقد تم تطويره كأداة لفهم حركة ومصير مكونات مياه الشرب داخل أنظمة التوزيع.
يمكن استخدامه للعديد من أنواع التطبيقات المختلفة ، في تحليل أنظمة التوزيع.
اليوم ، يستخدم المهندسون والاستشاريون IBANT لتصميم وتوسيع نطاق البنية التحتية الجديدة للمياه ولتعديل البنية التحتية القديمة الحالية.
كما تعمل على تحسين عمليات الخزانات والمضخات ، وتقليل استخدام الطاقة ، والتحقيق في مشكلات جودة المياه ، والاستعداد لحالات الطوارئ.
يمكن استخدامه أيضًا لنمذجة تهديدات التلوث وتقييم المرونة ضد التهديدات الأمنية أو الكوارث الطبيعية.
طريقة خطية
وتسمى أيضًا الطريقة الخالية من الكلمات ، وتلعب هذه الطريقة دورًا مهمًا في طريقة إيجاد حل مثالي.
كما أنها تعتمد بشكل أساسي على المعادلات غير الخطية الموثوقة أو المبنية على خسائر الاحتكاك ، والتي تصبح معادلات خطية بحتة.
طريقة نيوتن رافسون
يركز على المعادلات غير الخطية ، فضلًا عن كونه الطريقة الأنسب لحل هذه المعادلات.
تشابه طوبولوجي
يتم استخدام منهجية تعتمد على التشابه الطوبولوجي للحصول على نقطة التكرار الأولية لحل مشاكل الخزانات وشبكات الأنابيب.
اعتبارًا من الآن ، فإن نقطة البداية الأولية للتكرار هي عمل تخميني بحت يمكن دعمه بالتجربة ، ويأتي مفهوم التشابه الطوبولوجي من مبدأ شبه العمل (PQW).
في هذا المبدأ (PQW) ، يتم استخدام حل أي مشكلة في الفصل لحل المشكلات المعقدة الأخرى من نفس الفئة.
هذا أيضًا يمهد الطريق لمفهوم فريد للنظام المرجعي ، يتم استخدام حله للحصول على نقطة البداية لبدء عملية التكرار ، في مشاكل الخزان وخطوط الأنابيب.
معادلات النظام لشبكات المياه
توفر هذه الأنظمة معادلتين تتعلقان بالأنابيب البسيطة ، وتحسب هاتان المعادلتان كلاً منهما: نسبة الصرف وخسائر الاحتكاك في الأنابيب ، وهاتان المعادلتان على النحو التالي:
- معادلة الاتصال: والتي بدورها تتطلب وجود تفريغ داخلي لأي نقطة ولكن تتقاطع بالتساوي مع التفريغ الخارجي.
- معادلة الطاقة: والتي تتطلب إيجاد مجموع خسائر الاحتكاك التي تتمحور حول نقطة تساوي الصفر.
نختار لك: