شبكة إمداد المياه
البنية التحتية العامة |
---|
الأصول والمرافق |
|
مفاهيم |
|
قضايا وأفكار |
|
مجالات الدراسة |
|
أمثلة
|
بوابة البنية التحتية |
شبكة توزيع المياه water distribution network مجموعة كبيرة من الأنابيب المتشعبة، تبدأ عند طرفها العلوي (طرف المنبع) upstream من خزان تجميع المياه الرئيسي أومحطة التنقية، وتنتهي عند طرفها السفلي downstream بنقاط الاستهلاك التي هي وصلات خدمة المشهجرين (المستهلكين) في حالة شبكات توزيع مياه المدن، أوالمناهل الحقلية في حالة شبكات الري.
تتألف شبكة توزيع المياه في المدن عموماً من ثلاثة أنواع من الأنابيب وفق وظيفتها: خطوط النقل أوالجر transmission lines التي تنقل المياه من خزانات التجميع الرئيسية (أومحطة التنقية) إلى منظومة التوزيع، وأنابيب التوزيع الرئيسية distribution mains التي تنقل المياه عبر أنابيب النقل وتوزعها في أنحاء المدينة، ونابيب الخدمة service pipes المتشعبة عن أنابيب التوزيع وتنقل المياه منها إلى مواقع الاستهلاك من مبان ومنشآت صناعية وغيرها.
التاريخ
إن تاريخ إمداد المياه وتوزيعها قديم قدم تاريخ الحضارة الإنسانية. فقد نشأت الحضارات المبكرة كلها على ضفاف الأنهار، كنهر الفرات ونهر دجلة ونهر النيل. كذلك نشأت منذ القدم وسائل لنقل المياه وتوزيعها لأغراض الإمداد بمياه الشرب ولأغراض الري. وعهد عن سكان بلاد الرافدين والمصريين القدماء قبل نحو2000 عام من الميلاد، تطبيق مشروعات لجر المياه وتوزيعها، وخاصة لأغراض الري، وإنشاء نظم من السدود والقنوات لتخزين مياه الفيضانات واستخدامها في مواسم الجفاف. أنشئت كذلك منذ القدم نواقل صناعية لنقل المياه إلى مناطق بعيدة عن مصادرها. ومازالت هناك بقايا منظومات قنوات مائية رائعة بناها الفينيقيون في سورية تتضمن أنفاقاً في الصخور ونواقل فوق الوديان. وقد زودت مدينة القدس بالمياه منذ أكثر من 3000 عام بوساطة قناتين، يتجاوز طول أحداهما 30 كيلومتراً وتبتر وادي حنون فوق قناطر. وفي تدمر شبكة توزيع مياه في أنابيب من الفخار أوالحجارة المحفورة، وكذلك كان يجري توزيع المياه في دمشق القديمة في أقنية تدخل جميع بيت من بيوتها وحماماتها.
ومنذ أكثر من 2000 عام، كان لمدينة روما نظام إمداد متطور بالمياه. وكانت المياه تجمع من مصادر عديدة في خزان كبير، ثم تنقل عبر قنوات أونواقل تحت الضغط إلى خزانات توزيع، مُدّت فيها منظومة توزيع شاملة على الطرقات تتضمن سبلاناً (ج سبيل) fountains عديدة. وقد استخدم في بناء منظومة التوزيع ضمن المدينة نواقل ضغط مصنوعة من مواد مختلفة، وذلك وفقاً للضغوط التي توجب على النواقل تحملها. وكان الرصاص والغضار أكثر المواد شيوعاً، غير أنه استخدمت كذلك أنابيب من النحاس والبرونز والحجر المحفور أيضاً.
وينسب لمدينة بوسطن في ولاية ماساشوسيتس الأمريكية أول منظومة عامة مسجلة عام 1652 لتوزيع مياه الشرب. ومع حلول عام 1800 كان هناك فقط ست عشرة منظومة عامة لتوزيع المياه في الولايات المتحدة. وكان معظمها يقع في منطقة نيوإنغلند أوفي المدن الكبيرة المحاذية للمحيط الأطلسي.
وظيفة شبكة توزيع المياه في المناطق الحضرية
تهدف شبكة توزيع المياه في المدينة إلى نقل المياه الصالحة للشرب من خزان التجميع أومحطة التنقية، وتوزيعها في أنحاء المدينة تحت ضغط كافٍ لاستخدامها في الأغراض المتنوعة، كالاستعمالات المنزلية من استهلك وطهووغسيل واستحمام، أوالاستعمالات الصناعية أومقاومة الحرائق. وتصمم شبكة الأنابيب بحيث توفر كميات كافية من المياه في حالات الاستخدام الاعتيادية وفي الحالات الاستثنائية الطارئة، كحدوث حريق أوأكثر في المدينة، على سبيل المثال. كما يجب حتى تحقق الشبكة متطلبات تقلبات الاستهلاك اليومية والموسمية.
استخراج المياه ونقل المياه الخام
معالجة المياه
شبكة توزيع المياه
طبولوجيا شبكات توزيع المياه
صيانة شبكة المياه
أنواع الشبكات
تصنف شبكات توزيع المياه وفق كيفية تخطيطها صنفين: شبكات شجرية tree network وشبكات حلقية loop network. ويكون لشبكات توزيع المياه الشجرية الشكل العام المبين في ، وتتألف عادة من أنبوب جر رئيسي يخرج من خزان التجميع ويتناقص قطره حدثا ابتعد عن الأصل، وتتفرع عنه أنابيب التوزيع التي تمتد في شوارع المدينة. ولا تشكل الأنابيب في هذا النوع من الشبكات فيما بينها أية حلقة مغلقة. والشبكات الشجرية نادرة الاستعمال في المناطق الحضرية على الرغم من كلفتها القليلة نسبياً، باستثناء بعض القرى الصغيرة، لما لها من مساوئ عديدة، وأهمها حرمان المدينة بأكملها من المياه عند حدوث كسر في أجزاء متقدمة من الشبكة، وكذلك وجود الكثير من الأنابيب ذات النهايات الميتة، الأمر الذي يؤدي إلى ركود المياه فيها وتردي نوعيتها. وتستخدم الشبكات الشجرية على نطاق واسع في أعمال الري.
أما الشبكات الحلقية (الشكل 2)، فتتألف عادة من أنابيب رئيسية تحيط بالمدينة، وتخترق شوارعها الكبيرة معضلة فيما بينها حلقات مغلقة. تتشعب عن هذه الأنابيب أنابيب فرعية تمتد في شوارع المدينة الثانوية معضلة أيضاً حلقات مغلقة. ويتميز هذا النوع من الشبكات من الشبكات الشجرية على الرغم من كلفته العالية نسبياً بأنه أكثر وثوقية، فهي توفر أضمن الطرائق لإمداد المدينة بالمياه دون توقف أوانقطاع.
حمل المطبق على الشبكة
يطلق على كمية المياه التي يتوجب على الشبكة توفيرها، تحت ضغط كاف عند نقطة ما من نقاط الاستهلاك، بالحمل المطبق على الشبكة عند هذه النقطة. وعند تصميم شبكة توزيع المياه في المدينة واختيار أقطار أنابيبها، يقدر الحمل المطبق على الشبكة وفقاً لطبيعة المستهلكين فيها وتوزعهم وعددهم. ففيما يتعلق بالاستعمالات المنزلية للشرب والغسيل والاستحمام وغيرها، يقدر الحمل المطبق على الشبكة عند نقطة الاستهلاك وفقاً لعدد الأفراد الواجب تخديمهم عند هذه النقطة، والاستهلاك الوسطي للفرد. ويراوح الاستهلاك الوسطي العالمي للفرد عادة في المناطق الحضرية من 75 إلى 300 لتر في اليوم، وذلك وفقاً للشروط المعيشية والبيئية للمستهلك. أما الاستعمالات التجارية والصناعية فتقدر وفقاً لطبيعة المنشأة المخدَّمة.
لا يبقى الحمل المطبق على الشبكة ثابتاً طول الوقت، وإنما يتقلب من ساعة إلى أخرى في اليوم، ومن يوم إلى آخر في الأسبوع، ومن شهر إلى آخر في السنة. وفيما يتصل بالاستعمالات المنزلية، تحدث ساعات الذروة في الصباح وفي وقت ما بعد الظهر، وقد تصل إلى ضعف الاستهلاك الوسطي اليومي، ويكون الاستهلاك في أدنى مستوى له عند منتصف الليل تقريباً. كذلك قد يزيد الاستهلاك في موسم الحر على الاستهلاك الوسطي بمقدار 20%.
أنواع الأنابيب المستخدمة في شبكات توزيع المياه
تستخدم في شبكات توزيع المياه في المدن أنابيب مصنوعة من مواد مختلفة، كالحديد الزهر (الفونت) والحديد الصلب والفولاذ والأسبستوس (الأمينت) والبلاستيك وغيرها. وتعد الأنابيب المصنعة من الفونت أكثر الأنابيب استعمالاً في شبكات توزيع المياه في المدن لمتانتها وطول مدة استعمالها. أما الأنابيب الفولاذية فتمتاز من غيرها من الأنابيب بسهولة النقل والهجريب وتحملها لضغوط داخلية عالية، غير حتى مساوئها الرئيسية تكمن في عدم قدرتها على تحمل ضغوط خارجية كبيرة وضعف مقاومتها للتآكل بعمل التربة والماء. تصنع أنابيب الأسبستوس من الإسمنت البورتلاندي وألياف الأسبستوس، وتتميز بمقاومتها للتآكل ونعومة ملمسها وتحملها لضغوط داخلية وخارجية كبيرة، وسهولة بترها ووصلها. وعلى الرغم من القلق الذي أبدي مؤخراً من مخاطر استخدام الأسبستوس في أنظمة توزيع المياه العامة، فما زال هناك ما يزيد على مليوني كيلومتر من هذه الأنابيب مستخدماً في أنحاء عديدة من العالم. وقد انتشر مؤخراً في شبكات توزيع المياه في المدن استخدام الأنابيب البلاستيكية، ومنها الأنابيب المصنوعة من الـ (polyvinyl chloride PVC) والتي تتميز بسهولة تمديدها ورخص ثمنها مقارنة بالأنواع الأخرى من الأنابيب. غير حتى أداءها على المدى البعيد ما زال غير مؤكد.
الملحقات والتجهيزات التي تتضمنها شبكة توزيع المياه
تتضمن شبكات توزيع المياه في المدن، إضافة إلى الأنابيب، الكثير من الملحقات، كالأكواع التي هجرب على الأنابيب لدى تغيير اتجاهها، والتفريعات التي هجرب على الأنابيب، ووصلات التمدد التي توفر للأنابيب حماية من عوامل التمدد والتقلص. كذلك تحتوي الشبكة على الكثير من التجهيزات، كصمامات العزل التي تتحكم في سير المياه في الشبكة وبتر المياه عن المناطق التي يجرى إصلاحها، وصمامات عدم الرجوع التي تسمح بالجريان باتجاه واحد فقط، وصمامات الهواء التي تؤمن طرد الهواء المتجمع عند النقاط المرتفعة من الشبكة. وتوضع في الشبكة صمامات تخفيف الضغط التي تخفض الضغط في المواقع المنخفضة من الشبكة، فلا يشكل ازدياد الضغط فيها خطراً على الأنابيب ووصلاتها، وصمامات الغسل التي توضع في المناطق المنخفضة من الشبكة لتفريغ الأنابيب وتنظيفها عند الحاجة، وفوهات الحريق التي توضع في الشبكة على مسافات معينة تحسباً لوقوع الحرائق، وعدادات المياه لقياس كمية المياه الجارية سواء في الأنابيب الرئيسية أوالفرعية أوعند الوصلات المنزلية للمستهلكين.
مبدأ حساب شبكات توزيع المياه
يقوم مبدأ حساب شبكات توزيع المياه (تحت حمل معين) على تطبيق معادلتين أساسيتين من معادلات فهم ميكانيك السوائل، وهما معادلة الاستمرار المبنية على مبدأ انحفاظ الكتلة، ومعادلة الطاقة. ويكون ناتج حساب الشبكة مقدار الغزارة الجارية في جميع أنبوب من أنابيبها ومقدار الضغط عند جميع نقطة من نقاطها الرئيسية. ولما كان تطبيق معادلة الاستمرار عند جميع نقطة رئيسية من نقاط الشبكة، وتطبيق معادلة الطاقة في جميع أنبوب من أنابيبها سيؤدي إلى الحصول على عدد كبير جداً من المعادلات التي يتوجب حلها آنياً، فإنه يتعذر القيام بحساب شبكات الأنابيب يدوياً إلا للشبكات الصغيرة التي تتضمن عدداً قليلاً من الأنابيب. ولابد، من استخدام الحواسيب عند تصميم شبكات توزيع المياه الكبيرة. ويجب ألا يقتصر حساب شبكات توزيع المياه على الحالة الساكنة أوالستاتيكية فقط، وإنما يجب حتى يتعداه ليضم الحالة الديناميكية أيضاً، التي تدخل في حسابها تقلبات الاستهلاك اليومية، والشروط التشغيلية التي يمكن حتى تطرأ في اليوم، كإقلاع المضخات وتوقفها، أودخول مصادر جديدة في إمداد الشبكة بالمياه أوخروجها وغيرها.
وقد أصبح من الشائع مؤخراً دراسة المتغيرات النوعية للمياه في الشبكة، لا دراسة الكمية فقط. وتهدف دراسة نوعية المياه في الشبكة إلى تحديد هجريز جميع عنصر من العناصر المنحلة في المياه في جميع أنحاء الشبكة، وتغير هذا الهجريز بدلالة الزمن. كما تهدف إلى تحديد مواقع الشبكة التي تتغذى من جميع مصدر مائي من مصادر تغذية الشبكة ونسبة تغذيتها من هذا المصدر. وكذلك حساب عمر المياه في مختلف أنحاء الشبكة للتعهد على مناطق الشبكة التي تظل المياه فيها مدة طويلة (مياه راكدة) والتي يمكن حتى تتردى فيها نوعيتها.
انظر أيضاً
- Aqueduct
- Civil Engineering
- Domestic water system
- Hardy Cross method
- Hydrology
- Infrastructure
- Plumbing
- River
- Tap water
-
Water
- Water pipes
- Water meter
-
Water well
- Automatic meter reading
- Backflow prevention device
- Fire hydrant
- Strainers
- Valve
- Water tower
- Water quality
- Water resources
- Water supply
المصادر
- ^ شبكات توزيع المياه الموسوعة العربية
- [1]
وصلات خارجية
- DCMMS: A web-based GIS application to record maintenance activities for water and wastewater networks.
- Water supply network schematic