بررسی نشت در شبکه های آبرسانی و جلوگیری از آن

كنترل نشت عبارت است از اتخاذ تدابير مديريتي به همراه استفاده از تجهيزات كنترلي به منظور به حداقل رساندن هدر رفت آب یا به عبارتی نشت در شبکه های آبرسانی. در این نوشتار به روش های کاهش نشت آب از تاسیسات آبرسانی می پردازیم، با ما همراه باشید.

مقدمه

منابع آب شیرین در سطح زمین به طور یکنواخت توزیع نشده اند. درحال حاضر، ۹ کشور کانادا، چین، کلمبیا، پرو، برزیل، روسیه، ایالات متحده ی آمریکا، اندونزی و هند، ۶۰٪ کل منابع آب شیرین را به خود اختصاص می دهند. در مقابل، حدود ۸۰ کشور نیز با کمبود آب مواجه اند که برخی از آنها مانند کویت، بحرین، مالت، امارات متحده ی عربی، سنگاپور، اردن و لیبی تقریباً به هیچ منبع آب شیرین قابل توجهی دسترسی ندارند. سابقاً تصور می شد منابع آب نامحدودند، اما امروزه حتی كشورهای پیشرفته، محدودیت منابع آبی را درك نموده اند. اگرچه نقش کلیدی آب در فرآیند توسعه اقتصادی اجتماعی ایران بر کسی پوشیده نیست، ولی عمده اقدامات صورت گرفته در جهت پاسخگویی به نیازهای آبی کشور از طریق مدیریت تولید و تأمین آب بوده و کمتر به وجه دیگر این موازنه که مدیریت توزیع و مصرف صحیح آب می باشد، توجه گردیده است. در صورتی که برنامه های مدیریت جامع توزیع مصرف، نقش اساسی خود را به عنوان یک راه حل موازی و گاه جایگزین برای پاسخگویی به نیازهای آبی نشان داده اند. به منظور مقابله با چالش های ناشی از محدودیت منابع آب در مسیر توسعه اقتصادی و اجتماعی، مدیریت ترکیبی تولید و مصرف در جهان طرح گردیده و توسعه یافته است.

حفاظت جامع آب را می توان به دو طبقه عمومی تقسیم نمود :

1 . مدیریت بهره برداری و توزیع آب (در محدوده سیستم آبرسانی، شبکه توزیع و خطوط انتقال).

2 . مدیریت مصرف آب (در محدوده مشترکین و مصرف کنندگان). در جهان بین 5 تا 50 درصد حجم آب توزیعی توسط شرکت های متولی آب شهری به تلفات نشت از شبکه ها اختصاص دارد. این مقدار در ایران حدود 15 تا 30 درصد می باشد. از طرفی شبکه های آبرسانی در اثر عواملی نظیر فشار آب، قدمت لوله ها، کیفیت آب و خاکریز جناحین لوله (فشارهای وارده)، کیفیت اجرا و کیفیت لوله ها و متعلقات، ضربه و بارهای جانبی نظیر ترافیک، می تواند تحت تاثیر شکست قرار گرفته و موجب تلفات نشت از شبکه شود.

راهکارهای کاهش نشت در شبکه های آبرسانی

یکی از راهکارهای کاهش نشت در شبکه های آبرسانی ، مدیریت فشار در گره های شبکه است که از طریق نصب مخازن و شیرآلات (شیرهای قطع و وصل جریان جهت کاهش فشار) صورت می گیرد. به تازگی از شیرهای فشارشکن نیز به منظور مدیریت فشار در شبکه های آب استفاده می گردد. مقدار آب به حساب نیامده غالباً بعنوان معیاری برای شناخت کارآمدی سیستم های آبرسانی شناخته می شود. سیستم های آبرسانی کارآمد در کشورهای در حال توسعه حدود 15 تا 20 درصد می باشند. حداقل فشار ممکن در گره ها باعث بیشترین کاهش نشت و حفظ سرویس دهی مطلوب شبکه می شود.

تاريخ آبرساني از زماني آغاز شد که بشر، زندگي در شهرها را انتخاب نمود. چيني ها، هنديان، بابلي ها و مصريان، نخستين ملت هايي بودند که در زمينه آبرساني آثاري از خود به جاي گذاشتند. در ايران نيز آبرساني شهرها نخستين بار در سال ۱۳۰۱ مورد بررسي قرار گرفته و قسمتي از شهرهاي آبادان، مشهد و بيرجند نيز لوله کشي شد. با گذشت زمان، به دلايل مختلفي همچون رشد شهرنشيني، افزايش هزينه هاي تأمين آب و افزايش بيش از حد جمعيت و از طرفي، محدوديت منابع آب، استفاده بهينه از منابع موجود مورد توجه قرار گرفت. نشت، يکي از عوامل اصلي هدر رفت آب در شبکه هاي توزيع آب است. به طور کلي عامل اصلي انتقال آب در شبکه ها، اختلاف هد فشاري بين دو نقطه است. اما فشار بيشتر از حد استاندارد در نقاط مختلف شبکه باعث نشت آب مي شود. بسياري از شبکه هاي توزيع آب در معرض بحران کمبود منابع آبي، محدوديت هاي اقتصادي جهت بهره برداري بهينه و کهنگي و فرسودگي اجزاي خود قرار داشته و فرسودگي آنها باعث ايجاد شکست مکانيکي و هيدروليکي در اجزاي شبکه و در نتيجه افزايش نشت مي شود. لذا، مديريت مصرف در شبكه هاي توزيع آب شهري، از مهمترين راهكارهاي مبارزه با تلفات آب و كاهش هدر رفت اين سرمايه ملي است. انتخاب صحيح محل احداث مخازن ذخيره، اجراي طرح ناحيه بندي فشار، کنترل پمپاژ، کنترل سطح آب در مخازن دخيره، احداث حوضچه هاي تعديل فشار و استفاده از شيرهاي کنترل جريان و فشار، از جمله ابزارهاي مناسب جهت مديريت فشار در شبکه هاي توزيع آب است. در اين راستا، کنترل نشت و مديريت فشار، از جمله روش هاي مؤثر در مديريت تقاضاي آب است. اين کار، علاوه بر صرفه جويي در منابع تأمين آب، هزينه هاي مربوطه را نيز کاهش مي دهد. علاوه بر مديريت فشار، از روش هاي کنترل فعال و غيرفعال نيز مي توان در جهت کاهش نشت در شبکه های آبرسانی استفاده نمود. در روش هاي کنترل فعال، محل نشت شناسايي و نسبت به ترميم آن اقدام مي شود. در حالي که در روش هاي کنترل غيرفعال، شکستگي هاي ايجاد شده در شبکه ترميم مي شود. درنهايت، اصلاح و تعويض لوله هاي فرسوده جهت پيشگيري از شکستگي هاي احتمالي، از ديگر روش هاي کاهش نشت و بهره برداري بهينه از شبکه هاي توزيع آب است. در شکل 1 نمونه ای از نشت در شبکه هاي آبرساني نشان داده شده است.

شکل 1 . نشت در شبکه های آبرسانی

شبكه توزيع آب شهري و اجزاي آن

شبكه توزيع آب شهري به مجموعه اي از تاسيسات و امكاناتي كه موجب رسيدن آب از يك منبع به دست مصرف كننده می شود، اطلاق مي شود. شبكه توزيع آب شهري از چهار بخش اصلي تشكيل شده است كه شامل پمپ ها، مخازن ذخيره آب، لوله ها و شيرآلات مي شود.

الف) پمپ ها : به طور كلي فشار لازم براي برقراري جريان آب در لوله ها، يا به وسيله منابع تغذيه مرتفع و يا توسط پمپ ها تامين مي شود. معمولا منابع بلند ايجاد كننده فشار، كار ذخيره و جبران نوسانات ساعتي مصرف آب در شهر را نيز انجام مي دهند، بنابراين وجود آن ها در شبكه الزامي است ولي در هر حال براي رساندن آب به منبع بلند و يا استفاده از چاه هاي آب نيازمند استفاده از پمپ ها مي باشيم.

ب) مخازن ذخيره آب : براي تنظيم مقدار آب ورودي به شبكه توزيع، با مقدار آب توليد شده بايد از مخازن ذخيره آب استفاده كرد. اين مخازن در زمان پر آبي يا كمي مصرف، آب را در خود ذخيره نموده و در زمان كم آبي و يا مصرف زياد آب را در اختيار مصرف كننده قرار مي دهند.

ج) لوله ها : لوله ها قسمت اصلي پيكره شبكه توزيع آب شهري را تشكيل مي دهند و وظيفه اصلي آن ها توزيع آب در سطح شهر مي باشد. لوله ها بسته به نياز شبكه در قطرهاي مختلف و براي تحمل فشارهاي متفاوت به كار مي روند. لوله ها به دليل فراواني زياد و مدفون بودن در داخل خاك بيشتر از بقيه اجزاي شبكه دچار حادثه مي شوند.

د ) شيرآلات : دستگاه هايي هستند كه براي قطع و وصل جريان، تنظيم و برداشت آب و يا تخليه هوا در شبكه به كار برده مي شوند. شيرهاي شبكه آبرساني شهري در حوضچه هاي خاصي قرار داده مي شوند تا امكان دسترسي به آن ها آسان باشد.

نشت در شبکه هاي آبرساني شهري

در طراحي شبكه هاي توزيع آب شهري يك كميت با عنوان آب به حساب نيامده در محاسبات، دخيل است كه عبارت است از مقدار آبي كه قبل از رسيدن به دست مصرف كننده (مشترك)، از سيستم خارج مي شود و يا به عبارت ديگر مقدار آبي كه شركت آب و فاضلاب در قبال آن هيچ پولي دريافت نمي كند. آب به حساب نيامده خود از دو مولفه تلفات فيزيكي و غيرفيزيكي تشكيل شده است. در اين نوشتار منظور از نشت همان تلفات فيزيكي آب و يا خروج آب از شكاف ها، ترك ها، تركيدگي ها و يا نشت از اتصالات است.

كنترل نشت در شبکه هاي آبرساني شهري

كنترل نشت عبارت است از اتخاذ تدابيري مديريتي به همراه استفاده از تجهيزات كنترلي به منظور به حداقل رساندن هدر رفت آب از شبكه. در اين روش نشت در سيستم وجود دارد ولي تحت كنترل مدير شبكه قرار مي گيرد. به طور كلي مي توان كنترل نشت را به دو زير مجموعه، مديريت در فشار شبكه و مديريت در عمليات اجرايي شبكه، تفكيك نمود. در اين قسمت سعي مي شود با توجه به كمبود مطالعات (در مورد كنترل نشت) در كشورمان با ارائه فعاليت هاي انجام شده در سطح بين المللي به توضيح فوايد اين عمل مديريتي و كم هزينه پرداخته شود. در شکل 2 نمونه ای از نشت در شبکه هاي آبرساني نشان داده شده است.

شکل 2 . نمونه ای از نشت در شبکه های آبرسانی

مديريت در فشار شبكه جهت جلوگیری از نشت در شبکه های آبرسانی شهری

در مورد فشار در شبكه، نشت با فشار رابطه تواني دارد. يعني مي توان نتيجه گرفت كه با افزايش در فشار شاهد افزايش قابل ملاحظه‌اي در نشت خواهيم بود. به عنوان يك راهكار ارزان قيمت برای کاهش نشت در شبکه های آبرسانی مي‌توان با تنظيم فشار در شبانه روز و يكسان ‌سازي آن از ميزان نشت بطور قابل ملاحظه اي كاست.

از روش ‌هاي مديريت فشار در شبكه مي ‌توان به كاستن از فشارهاي بالا در زمان‌هاي كمي مصرف مانند قرار دادن شيرهاي فشارشكن زمان دار در سيستم، انجام آبياري گياهان و استفاده هاي مختلف شهرداري در شب ها (به خاطر وجود فشارهاي بالا و كاهش آن)، انجام سيكل هاي پر و خالي سازي مخازن ذخيره آب (مانند استخرها و مصارف آتش نشاني) در زمان هاي كمي مصرف و همچنين اطلاع رساني به مردم، اشاره نمود.

مديريت در عمليات اجرايي شبكه

در فعاليت هاي كنترل نشت در شبکه های آبرسانی بهترين راهكار، پيشگيري از وقوع حادثه است. اين عمليات مديريتي خود به عنوان يك فاكتور كنترل نشت مي تواند مطرح باشد. براي اين منظور مي بايست كنترل دقيقي بر طراحي و اجراي سيستم آبرساني شهري انجام داد. از جمله فعاليت هايي كه مي توان به اين منظور انجام داد عبارتند از  :

الف) استفاده از لوله هايي با قطر مناسب : از نظر هيدروليكي افزايش قطر باعث كاهش فشار و در نتيجه كاهش نشت مي شود. هر چند استفاده از لوله هايي با قطر زياد مستلزم صرف هزينه هاي بيشتري مي باشد، ولي به نظر مي رسد اين سرمايه گذاري اوليه در دراز مدت باعث كاهش زيان هاي ناشي از نشت آب شود.

ب) استفاده از اتصالات انعطاف پذير و غيرصلب براي كاهش صدمه ناشي از تغييرمكان هاي لوله در خاك.

ج) نظارت دقيق بر پيمانكاري ها و نصب لوله ها در زير خاك.

د) استفاده از مصالح و تجهيزات با جنس مرغوب

پیشنهاد مطالعه : بررسی نشت در سدهای خاکی و روش های کنترل آن

منابع :

1 . مقاله ی مديريت و كنترل نشت در شبكه هاي آبرساني شهري از حامد سركرده و همکاران

2 . مقاله ی بررسی روش نشت یابی در شبکه آب تحت فشار بر مبنای رابطه فشار و نشت از آرمین بوستانی و سعیدرضا خداشناس