بخشی از مقاله
چکیده:
دستیابی به معیارهای توسعه پایدار بدون وجود زیرساختهای مطمئن و کارآمد امکان پذیر نمیباشد. از جمله این زیر ساختها که در صورت عدم عملکرد صحیح آن توسعه شهری با چالش جدی مواجه خواهد شد، میتوان به شبکههای جمع آوری آبهای سطحی اشاره نمود. این شبکهها وظیفه انتقال ایمن روانابهای ناشی از بارش جوی و همچنین جلوگیری از وقوع سیل در مناطق شهری را بر عهده دارند. از این این رو وجود یک شبکه جمع آوری آب سطحی کارآمد جهت دستیابی به توسعه پایدار و حفاظت از محیط زیست ضروری میباشد.
اولین قدم برای رسیدن به این هدف، وجود ابزاری جهت بررسی و کمی کردن کارایی و قابلیت اطمینان این سیستم ها میباشد. برای تخمین کارایی شبکههای جمع آوری آبهای سطحی می توان از تعاریف مختلف عملکرد هیدرولیکی استفاده نمود. در این تحقیق ابزاری برای تعیین میزان عملکرد هیدرولیکی کانالهای روباز در سیستم های جمع آوری آبهای معرفی شده است.
با استفاده استانداردها و تحقیقات پیشین انجام شده بر روی عملکرد هیدرولیکی کانالها، منحنیهای جریمهای سرعت جریان و ارتفاع آزاد آب در کانالها تعریف شده است. با استفاده از منحنیهای جریمه برای هر یک اجزای سیستم شاخص عملکرد مشخص شده و سپس با استفاده از روابط ارائه شده قابلیت اطمینان کل سیستم نیز تعیین شده است. روش پیشنهادی بر روی بخشی از شبکه جمع آوری آبهای سطحی تهران در منطقه سیل برگردان غرب اعمال شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که سیستم مورد مطالعه از نظر ارتفاع آزاد دارای کارایی بسیار خوبی میباشد و کارایی هیدرولیکی سیستم از نظرسرعت نیز در سطح بالایی قرار دارد.
-1 مقدمه:
امروزه شبکههای جمع آوری آب سطحی نقش مهمی را در شهرهای مختلف جهان ایفا میکنند. به دلیل تغییر کاربری زمین و غیر قابل نفوذ شدن اراضی در مناطق شهری، ضریب رواناب در این مناطق بالا رفته و با هر بارشی، رواناب قابل توجهی در سطح شهر جاری خواهد شد که در صورت عدم مدیریت درست، این روانابها توانایی ایجاد مشکلات زیادی را در سطوح مختلف زندگی شهری دارا میباشند.
همچنین امروزه با تولید روز افزون گازهای گلخانهای، مسئله تغییر اقلیم نیز گریبانگیر جوامع بشری شده است. این تغیرات اقلیمی مسبب تغیرات الگوی بارش در نقاط مختلف جهان شده است. از جمله این تغییرات میتوان به تغییر در شدت، میزان و الگوی بارش اشاره کرد. با توجه به رشد سریع مناطق شهری و تغییر کاربری اراضی، ضریب نفوذ در مناطق شهری بسیار پایین است که این امر باعث جلوگیری از نفوذ آب به زمین و افزایش حجم رواناب ایجاد شده در منطقه میشود. با توجه به این تغییرات همیشه خطر ایجاد سیلاب در مناطق شهری وجود داشته و این امر نیازمند توجه و مدیریت مناسب میباشد.
برای جلوگیری از وقوع این مشکلات که توسعه پایدار شهری را با چالشهای اساسی مواجه میکند، وجود یک شبکه جمع آوری آب سطحی مناسب با کارایی بالا ضروری میباشد. عملکرد هیدرولیکی سیستمهای جمع آوری آبهای سطحی را میتوان به صورت "توانایی سیستم در جمع آوری و انتقال رواناب ناشی از بارش بدون بالازدگی آب از سیستم و ایجاد کمترین اثرات مخرب زیست محیطی" تعریف نمود
تحقیقات نه چندان زیادی در مورد کارایی شبکههای جمع آوری آبهای سطحی انجام شده است که در هرکدام از آنهای از شاخصهای مختلفی جهت کمی کردن و ارائه شاخصی کلی برای کارایی شبکه استفاده شده است.
Mays & Wenzel - 1976 - اقدام به محاسبه قابلیت اطمینان سیستمهای توزیع آب شهری در دو بعد کمی و کیفی نمودند. آنها روابط گوناگونی را برای محاسبه میزان قابلیت اطمینان سیستمهای توزیع آب شهری ارائه دادند.
Reyna et al. - 1994 - روشی برای تعیین اطمینان پذیری شبکههای جمع آوری آبهای سطحی ارائه کردند. این روش بر اساس مقایسه بین شیب خط گرادیان هیدرولیکی و شیب معکوس میباشد. در صورت بالا بودن این شاخص سیستم نیاز به نوسازی دارد.
Delluer - 1996 - با استفاده از مدلی که توسط آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا بسط داده شده است اقدام به محاسبه میزان عملکرد هیدرولیکی - قابلیت اطمینان - شبکه فاضلاب در شمال آمریکا نمود. او جهت تعیین عملکرد هیدرولیکی از نسبت ماکزیمم جریان طراحی، درجه پر شدگی و مدت سیلاب جهت تعیین عملکرد هیدرولیکی یک سیستم فاضلاب استفاده کردند.
Ermolin - 2001 - شاخص قابلیت اطمینان در سیستمهای انتقال فاضلاب را ارائه کرد که به صورت مقدار حجم فاضلاب خام تخلیه شده به محیط زیست به مقدار حجم فاضلاب انتفال یافته تعریف شد. این تعریف از قابلیت اطمینان بسیار ساده ولی در عین حال در شبکههای انتقال فاضلاب کاربردی میباشد.
Tabesh & Madani - 2006 - با استفاده از منحنی جریمه، عملکرد هیدرولیکی کل شبکه را توسط توابع تعمیم بدست آوردند. با دردست داشتن نتایج حاصل از تحلیل هیدرولیکی شبکه جمع آوری فاضلاب، شامل نسبت پرشدگی لوله ها و سرعت جریان و درنظرگرفتن محدودیت های تعریف شده در استانداردها برای حداکثر و حداقل سرعت مجاز و محدودیت ارتفاع جریان در لوله، منحنی جریمه را برای این پارامترها ترسیم شدند. در این مقاله تعریف عملکرد هیدرولیکی صرفا برای استفاده در شبکههای جمع آوری فاضلاب توسط لولهها بسط داده شده است. با استفاده از این تعریف میتوان برای شبکه جمع آوری آبهای سطحی که شامل کانالهای روباز میباشد نیز تعریف مشابهی را اراده داد.
تابش و آخوندیان - 1390 - با استفاده از نتایج تحقیق قبلی اقدام به ارائه تعریفی برای قابلیت اطمینان در لولههای شبکه جمع آوری فاضلاب شهری نمودند. تعریف قابلیت اطمینان بیان شده توسط آنها به این صورت بود که قابلیت اطمینان کلی سیستم برابر مجموع عملکردهای هیدرولیکی دبی و سرعت سیستم میباشد.
-2 مواد و روشها
در این بخش روش مورد استفاده برای تخمین کارایی هیدرولیکی شبکههای جمع آوری روانابهای شهری بررسی خواهد شد.
-1-2 مدلسازی هیدرولیکی:
برای مدل سازی هیدرولیکی شبکههای جمع آوری رواناب سطحی از مدل SWMM استفاده شده است. مدل مدیریت فاضلاب سطحی - SWMM1 - محصولی از آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا - EPA2 - میباشد. این مدل متن باز بوده و به صورت رایگان در اختیار محققین قرار داده شده است. یکی از دلایل استفاده گسترده از این مدل رایگان بودن آن میباشد. مدل SWMM یک مدل پویای بارش-رواناب میباشد که میتوان برای مدل سازی کوتاه مدت یا طولانی مدت پیوسته، کمی و کیفی رواناب در سطح مناطق شهری از آن استفاده کرد. قسمت روند یابی این مدل رواناب بدست آمده از باران را در طول سیستم انتقال که شامل لولهها، کانالها، تصفیه خانهها و غیره می شود، روند یابی میکند. این مدل توانایی ردیابی کیفیت و کمیت رواناب در طول سیستم انتقال را نیز دارا میباشد.
در تحقیق پیش رو با استفاده از مدل SWMM سرعت و دبی حداکثر برای هر کانال در کل طول مدت شبیه سازی بدست آمده و از آنها برای بدست آوردن عملکرد هیدرولیکی کل شبکه استفاده خواهد شد.
-2-2 کارایی هیدرولیکی:
سرعت و ارتفاع آزاد، دو پارامتر مهم در طراحی کانالهای زهکش شهری میباشند. به همین دلیل در این تحقیق جهت تخمین عملکرد هیدرولیکی شبکه از این دو پارامتر استفاده شده است. شیب کانال نیز پارامتر مهم دیگری میباشد اما در این تحقیق جهت تخمین کارایی سیستم مورد استفاده قرار نگرفته است. دلیل این امر تاثیر مستقیم شیب در سرعت جریان میباشد به همین علت با در نظر گرفتن سرعت جریان به عنوان پارامتر موثر در عملکرد هیدرولیکی شبکه، به نوعی اثرات شیب نیز در آن در نظر گرفته خواهد شد.
در این تحقیق دو شاخص عملکرد تعریف شده است. شاخص اول "شاخص عملکرد سرعت " - PIV3 - و شاخص بعدی "شاخص عملکرد ارتفاع آزاد " - PIF4 - میباشد. با توجه به استانداردهای موجود برای هریک از این پارامترها، منحنی جریمه ای تعریف شده که بر اساس آنها میتوان شاخص عملکرد را برای هرکانال بر اساس این دو المان تعیین نمود.
