بخشی از مقاله
خلاصه
پیش بینی میزان تواتر ش کستگی لولهها در شبکههاي آب شهري تابع عوامل است. یکی از مهمترین این پارامترها فشار درون شبکه است که داراي ماهیت دینامیکی میباشد. در مطالعهي حاضر با استفاده از روش توسعه داده شده توسط انجمن بین المللی آب و آنالیز دادههاي میدانی به تعیین رابطه فشار و شکستگی براي محدودهاي از شهر تهران پرداخته شده است. از فشار ماکزیمم روزانه در نقطهي می نگین ناحیه به عنوان شاخص فشار در رابطه فشار- شکستگی استفاده شد و جهت خنثیسازي تاثیر جنس بر میزان تواتر شکست روابط استنتاج شده برا ي هر جنس به صورت مجزا ارائه گردید.
در این خصوص دو جنس لوله پلیاتیلن و چدنداکتیل به علت دربرگرفتن بخش وسیعی از شبکه و بالا بود ن میزان نرخ شکست جهت بررسی، انتخاب شدند. مدلهاي پیش بینی حادثه داراي دو بخش مستقل از فشار و وابسته به فشار میباشددر. بخش وابسته به ف شار شاخص متوسط فشار ماکزیممِ روزانه نتایج دقیقتري در مقایسه ب ا شاخص ماکزیممِفشار ماکزیممِ روزانه حاصل نمود و داراي ضریب همبستگی بالاتري میباشد.همچنین توان N2 به جنس وابسته بوده و براي چدن داکتیل بزرگتر از پلیاتیلن میباشد.
.1 مقدمه
امروزه هدررفت آب در شبکه هاي آب شهري در اقصی نقاط جهان مسئله اي جدي و حائز اهمیت میباشد و شرکتهاي آبرسانی که به طور مستقیم یا غیر مستقیم با این مشکل در ارتباط هستند به دنبال راه حلها و راهکارهایی جهت کاهش هدر رفت آب، ای ن مادهي با ارزش میباشند.
استراتژي هاي اصلی جهت کاهش هدررفت آب در شبکههاي آبرسانی شامل چهار استراتژي مدیریت فشار، مدیریت فعال نشت، سرعت و کیفیت تعمیرات و مدیریت دارائی نظیر بازسازي و نوسازي شبکه میباشد.عموماً کارآمدترین و کم هزینهترین استراتژي در مدیریت هدررفت آب درشبکه آب که منجر به کاهش تلفات واقعی آب میشود، مدیریت فشار استکه معمولاً از طریق نصب مخازن و یا شیرآلات انجام میشود.
در صورت استفاده از شیرهاي فشارشکن پارامترکنترلی میزان فشار خروج ی میباشد. استفاده از این روش به عنوان گزینهي برترجهت مدیریت فشار از نظر کارشناسان معرفی شده است.[1]با جانمایی بهینهي شیرهاي فشارشکن و تنظ یمات مناسب آن، هزینهها کاهش مییابد و در ساعات کمینهي مصرف با کاهش فشار به طوریکه رضایت مشترکین هم تأمین شود از افزایش نشت و تلفات جلوگیري میکند. فشار شبکه با نشت ، مصرف، حوادث، رض ایت مشترکین، هزینهي مصرفی نوسازي و رفع خسارات ارتباط قابل ملاحظهاي دارد و در این زمینهها محققین بسیاري فعالیت کردند و به نتایج بعضاً مهمی دست یافتهاند.
از اینرو اهمیت مدیری ت فشار همهجانبه بوده و بررسی آن و دست یافتن به برنامهاي که حتی الامکان به کاهش مضرات ناشی از عدم مدیریت صحیح بپردازد، مورد توجه میباشد. در تحقیق پیش رو به بررسی و تعیین رابطه فشار و شکستگی پرداخته میشود زیرا موضوع شکستگی زیربخشهایی چون نوسازي و بازسازي و هزینه هاي رفع خسارات و میزان نارضایتی مشترکین در پی نابسامانیهاي دوران تعمیرات را شامل میشود به همین جهت تحقیق و بررسی و رسیدن به نتایج ثمربخ ش بسیار بهبوددهنده میباشد. در همین راستا ابتدا به مرور تحقیقات پیش ین که به طور تجربی و میدانی در زمینه فشار-شکستگی انجام شده، پرداخته م یشود سپس روش کار و نتایج حاصل از آن گزارش میشود.
عمده مطالعات در خصصوص تعیین روابط فشار- شکستگی توسط گروه کاري هدررفت آب انجمن بین المللی آب١انجام گرفته که آن را می توانبه سه گروه زمانی 2003-1994 ، 2010- 2004 و 2013- 2011 تقسیم بندي نمود.[6]لمبرت در سال 2001 با بررسی دادههاي شبکهي آبرسانی انگلیس، نیوزلند ، استرالیا و برزیل به ارتباط فشار و نشت و حوادث پرداخت و نتیجه گرفت کاهش فشار اضافه، منجر به کاهش حوادث و نشت میشود. فارلی و ترو در سال 2003 به این نتیجه رسیدند که تغییرات شکست با تغییرات فشار با توان N2 در ارتباط است و مطابق رابطهي 1 میباشد.
BFتواتر شکستگی و P فشار و اندیس هاي 1 و 0 به ترتیب مربوط به بعد و قبل از مدیریت فششار میباشند. تحقیق روي دادههاي فشار و شکستگی در انگلیس نشان داد ککه رابطهي متقاعدکننده و معناداري در بلند مدت بین هزینهي تعمیرات خطووط اصلی با فشار وجود ندارد.[8] در تحقیق انجام شده توسط تورنتون و لمبرت در سال 2005 که دادههاي فشار و شکستگی انگلیس، استرالیا و ایتالیا جمعآوري شده بود توان N2در بازهي 0/5 تا 6/5 متغیر بود که بیانگر تاثیرات قابل توجه برکاهش حوادث جدید و هزینهي تعمیرات سالیانه میباشد.
در مطالعات انجام شده توسط پیرسون و همکاران در سال 2005 که در نواحی بزرگی از انگلیس و برزیل و ایتالیا و استرالیا انجام شد به این نتیجه رسیدند که توانN2در خطوط ااصلی بین 0/2 تا 8/5 و در انشعابات بین 0/2 تا 12 متغیر میباشد و داراي مقادیر متوسط 2/47 براي خطوط اصلی و 2/36 براي انشعابات است. در بخشی از این تحقیق که در استرالیا انجام شد، نتایج نشان داد که با نصب شیرهاي کنترل فشار از سال 2003 کاهش 71 درصدي شکستگی در خطوط اصلی و کااهش 75 درصدي در انشعابات مشهود است.
لمبرت و تورنتون در سال 2007 دادههاي 112 سیستم آبرسانی مربوط به 10 کشور که توسط تیم مدیریت فشار گروه هدر رفت آب انجمن بینالمللی آبجمع آوري شده بود، مورد بررسی قرار دادند و نتایج نشان دهنده آن بودکه فشار قبل از مدیریت فشار بین 233 تا 199 متر و متوسط آن 71 متر است. به طوریکهدرصد کاهش فشار ددر بازهي 10% تا 75% متغیر است و داراي مقدار متوسط 38% میباشد و درصد کاهش شکستگی بین% 23 تا %94 تغییر میکند و مقدار متوسط آن% 52/5 است. تفاوت محسوسی بین درصد کاهش شکستگی در خطوط اصلی و انشعابات وجود ندارد.تفسیر ساده از نتایج فوق مطابق رابطهي2 میباشد.
که در آن BFF فاکتور تواتر شکست است. فشار ماکزیمم شامل ماکزیمم فشار استاتیک در نققطه میانگین ناحیه2 بعلاوه نوسانات فشار میباشد .[12] مقدار متوسط BFF حاصل از نتایج بالا براي خطوط اصلی و انشعاب به صورت توأمان - 52.%5 - / - %38 - = 1/4 میباشد که به صورت خطی با شیب متوسط 1/4 ترسیم گردید. سپس مدل مفهومی ٣STBTCBجهت تفهیم این مسئله که چرا با درصد یکسان کاهش فشارِ ماکزیمم، درصد کاهش تواتر شکستگی قابل ملاحظه است و در مواقعی ناچیز و قابل چشم پوشی میباشد،ارائه شد.
مدل مفهومی چنین میباشد که با گذشت زمان عوامل مخرب چون سن که در برگیرندهي خووردگی میباشد به تدریج فشار منتج به شکست لولهها را کاهش میدهد. زمانی که اثرات عوامل محلی چون بار ترافیک، رانش زمین،کاهش دما و... - که از کشوري به کشور دیگر و از شبکهاي به شبکهي دیگر متغیر است - با ماکزیمم فشار اعمالی در لولهها جمع شود تواتر شکست شروع به افزایش میکند و این حالت در سیستمهاي با فشار ناپایدار یا تحت فشار در مقایسه با شبکه ثقلی زودتر اتفاق میافتد.
در صورت وجود فشار اضافه - بسیار بیشتر از مینیمم استاندارد مورد نیاز براي رضایت مشترکین - در نقاط بحرانی،کاهش دائمی فشار با استفاده از مدیریت فشار - شیر فشار شکن ، تقسیم ناحیه به قسمتهاي کوچچکتر و... - باعث میشود بازهي فشار اعمالی در سیستم بسیار کمتر از فشار پیشین - فشاري که با ترکیب عوامل مخرب دیگر باعث ازدیاد حوادث میشد - شود.
در مطالعات انجام شده توسط تورنتون و لمبرت در سال 2012 و 2013 براي یافتن معادلهي تغییرا ت شکستگی در برابر فشار به جمعآوري دادههاي شکست و فشار قبل و بعد از اعمال مدیریت فشار در مناطق مدیریت فشار شده مجزایی که داراي یک جنس لوله بودند و تواتر شکست بالایی داشتند، پرداخته شد. ترسیم دادههاي مربوطه به صورت منحنیهایی ظاهر شد که به عنوان نمونه شکل 1 دادههاي فشار- شکستگی انشعابات پلیاتیلن 7 ناحیه در استرالیا را نشان میدهد. چگونگی تغییرات ناشی از مدیریت فشار، انتقال از شرایط اولیه - قبل مدیریت فشار - به شرایط ثانویه - بعد از مدیریت فشار - به دو صورت خطی یا توانی میتواند باشدکه شکل 2 بیانگر این دو حالت است.
شکل-2حالات گوناگون ارتباط فشار – شکستگی[13]شکل -1 تغییرات فشار-شکستگی انشعابات پلی اتیلن 7 ناحیه
بعد از آزمایشات بسیار در خصوص برازش منحنی مناسب به دادههاي فوق و دادههاي با کیفی ت 22 منطقه مدیریت فشار شده و همچنین 110 مجموعه دادههاي بین المللی، فرم پیشنهادي کلی تغییرات تواتر شکست بعد از مدیریت فشاربه صورت معادله 3 میباشد که دو حالت خطی و توانی را شامل میشود.
BFnpd4 عبارت است از بخشی از شکست که مستقل از فشار میباشد، BFpd بخشی از شکست که وابسته به فشار میباشد و A ضریبی متأثر از شیب حادثه وابسته به فشار است.
مقدار BFnpd براي لوله با جنسهاي مختلف و شبکههاي مختلف متفاوت است. براي استفاده از روش پیشبینی شکستگی - رابطهي - 3 نیاز به برآورد BFnpd میباشد. این مقدار را می توان دو تا سه سال بعد از شروع مدیریت فشار اصلاح نمود. ممقادیر BFnpdبراي تأسیسات زیربنایی در شرایط خوب در کشوري با درآمد بالا با مقدار تواتر شکست فرمول UARL در فشار 50 متر - 13 عدد در100 کیلومتر در سال براي خطوط اصلی و 3 عدد در 1000 انشعاب در سال براي انشعابات - برابر - یا حتی اندکی کمتر - میباشد .[14] تورنتون و لمبرت در سال 2013 روش سادهاي براي تخمین سریع BFnpd ارائه کردند که شامل گامهاي زیر میباشد:
-1 جمعآوري دادههاي مربوط به تعمیرات خطوط اصلی - به جز تعمیر شیرها و شیرهاي آتشنشانی - از مناطقی با بیش از 10 تعمیر در سال.
-2 ترسیم دادههاي تواتر شکست در مقابل فشار متوسط شبانه منطقه 5مربوط به هر ناحیه
-3 تخمین حد پایینی نقاط رسم شده که میتواند به عنوان تخمین اولیه از BFnpdبراي خطوط اصلی در نظر گرفت.
-4 تکرار مراحل بالا براي انشعابات
به دلیل اهمیت فشار و اثرات آن بر میزان حوادث و شکستگی ها و به طبع آن تلفات آب و هزینههاي صرف شده جهت تعمیرات، مطالعه پیش رو به تعیین ارتباط بین فشار و شکستگی در شبکهي آبرسانیبراي جنسهاي پلی اتیلن و چدن داکتیلبه صورت مطالعهي موردي در ناحیهاي از شهر تهران با استفاده از روش ارائه شده توسط مدل لمبرت 2012 میپردازد. با استفاده از نتایج این مطالعه میتوان به محدودهاي از فشار که منجر به حوادث کمتري می-شود، پی برد و در راستاي اعمال محدودهي فشار مناسب گام برداشت؛ همچنین با شناسایی جنس لولهاي که در فشار یکسان داراي شکست بیشتري میباشد، در جهت استفاده هرچه کمتر آن جنس اقدام کرد تا در سالیان آتی کاهش حوادث مشهود باشد.
