پديد آورندگان :
تاج آبادي، ياسمن دانشگاه شهيد بهشتي - دانشكده مهندسي عمران، آب و محيط زيست - گروه آب و فاضلاب و مهندسي محيط زيست , جليلي قاضي زاده، محمد رضا دانشگاه شهيد بهشتي - دانشكده مهندسي عمران، آب و محيط زيست - گروه آب و فاضلاب و مهندسي محيط زيست , مصلحي، ايمان دانشگاه شهيد بهشتي - دانشكده مهندسي عمران، آب و محيط زيست - گروه مهندسي منابع آب
كليدواژه :
شبكه توزيع آب , تواتر شكستگي , تحليل داده هاي ميداني , مديريت فشار
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: يكي از چالش‌هاي شركت‌هاي آب و فاضلاب در سرتاسر جهان، هدررفت آب از شبكه‌هاي آب‌رساني به‌صورت شكستگي و نشت است كه هزينه‌هاي بالاي اقتصادي، اجتماعي و زيست‌محيطي را بر اين شركت‌ها تحميل مي‌كنند. هر سال بخش زيادي از بودجه شركت‌هاي آب و فاضلاب در بخش تعمير و بازسازي لوله‌هاي شبكه ناشي از شكستگي‌ها هزينه مي‌شود. از اين رو آگاهي از ميزان تواتر شكستگي‌ها به برآورد ميزان نشت شبكه و انتخاب استراتژي‌هاي مناسب براي مديريت نشت كمك شاياني خواهد كرد. عوامل مختلفي بر شكستگي لوله‌هاي شبكه آب‌رساني تاثير مي‌گذارد كه يكي از مهمترين اين عوامل، فشار آب است. بنابراين توسعه مدل‌هايي كه از عهده پيش‌بيني دقيق تواتر شكستگي لوله‌ها بر حسب عوامل تاثيرگذار برآيند، براي مديريت بهينه نشت در شبكه‌هاي آب‌رساني ضروري خواهد بود. مواد و روش‌ها: در اين تحقيق با استفاده از يك مدل توسعه داده شده و تحليل داده‌هاي ميداني فشار و شكستگي در شبكه توزيع آب شهري در ناحيه‌اي از شهر تهران، رابطه فشار و شكستگي براي اين ناحيه تعيين شد. ناحيه مورد بررسي داراي 516 كيلومتر خط لوله اصلي از جنس‌هاي پلي‌اتيلن، چدن داكتيل، فولادي، پي‌وي‌سي و آزبست‌سيمان است كه دو جنس پلي‌اتيلن و چدن داكتيل با توجه به كاربرد تقريبا 93 درصدي‌شان در طول شبكه، براي بررسي انتخاب شدند. پس از جمع‌آوري و پايش آمار و اطلاعات مربوط به حوادث و فشارهاي ثبت‌شده طي ساليان 1386تا 1395، محاسبه نقطه ميانگين ناحيه و محاسبه شاخص‌هاي فشار در اين نقطه و انتساب آن به كل ناحيه رابطه فشار-شكستگي براي هر جنس لوله به صورت مجزا استخراج شد. مدل پيش‌بيني حادثه از دو بخش مستقل از فشار و وابسته به فشار تشكيل شده كه در آن فشار از طريق يك مولفه تواني به تواتر شكستگي‌ها مرتبط شده است. در اين پژوهش از فشار حداكثر ِروزانه در نقطه ميانگين ناحيه، به‌عنوان شاخص فشار در رابطه فشار-شكستگي استفاده شد. نتايج و بحث: روابط فشار–شكستگي براي هر يك از دو جنس پلي‌اتيلن و چدن داكتيل به تفكيك ارائه شد كه بر حسب شاخص فشار حداكثر روزانه است. در روابط به‌دست‌آمده براي مقايسه، از دو شاخص متوسطِ فشار حداكثرِ روزانه و حداكثرِ فشار حداكثرِ روزانه استفاده شد و نتايج نشان داد كه در بخش وابسته به فشار، شاخص متوسطِ فشار حداكثر روزانه نتايج دقيق‌تري در مقايسه با شاخص حداكثرِ فشار حداكثرِ روزانه ارائه داده و داراي ضريب همبستگي بالاتري است. علت نامناسب بودن شاخص حداكثرِ فشارِ حداكثرِ روزانه ميتواند به علت ايجاد نوسانات شديد فشاري به طور موقت و زودگذر در يك يا چند روز از سال باشد. به‌طوري‌كه ممكن است واقعاً باعث رخداد حادثه نشده ولي در محاسبات دخيل شده است؛ بنابراين، اين شاخص، پيش‌بيني صحيحي از حوادث ندارد. همچنين روابط براي دو حالتي كه توان ترم فشار برابر با 3 و حالتي كه مجهول است به دست آمد كه حاكي از آن است كه در حالت توان مجهول ضرايب همبستگي بزرگتري حاصل مي‌شود به‌طوري‌كه براي پلي‌اتيلن توان برابر با 3 و 0/97 ضريب همبستگي و براي چدن داكتيل توان برابر با 2/7 و 0/99- ضريب همبستگي به دست آمد. نتيجه‌گيري: با توجه به روابط به‌دست‌آمده مي‌توان نتيجه گرفت كه مدل فشار-شكستگي دو بخشي به خوبي توانست تعداد شكستگي لوله‌هاي اصلي در شبكه‌هاي آب‌رساني را پيش‌بيني كند. نتايج همچنين نشان داد كه تغييرات فشار بر ميزان حوادث در جنس پلي‌اتيلن تاثيرگذارتر از جنس چدن داكتيل بوده و توان ترم فشار در پلي‌اتيلن بزرگتر از چدن داكتيل است و نيز شاخص متوسطِ فشار حداكثرِ روزانه شاخص دقيق‌تري در پيش‌بيني حوادث است. با اگاهي از اين امر مي‌توان در برنامه‌هاي مديريت فشار و در امور نوسازي و به‌سازي شبكه، گا‌م‌هاي مهمي برداشت تا به نتايج مطلوب‌تري در راستاي كاهش حوادث دست يافت. با مديريت صحيح فشار و با توجه به جنس لوله به‌كار رفته و اينكه تا چه ميزان مستعد حادثه هستند؛ مي‌توان از وقوع حوادث و به تبع آن از هدررفت آب و خسارات ديگر جلوگيري كرد.
چكيده لاتين :
Introduction: One of the challenges facing water and wastewater companies around the world is water loss from water distribution networks following burst pipes and leakage, which imposes high economic, social and environmental costs on these companies. So, every year a large part of the budget of water and wastewater companies is allocated for the repair and rehabilitation of the pipe network. Therefore, knowing the frequency of burst pipes will help in estimating network leakages and selecting appropriate management strategies for dealing with these. Various factors affect the failure of water distribution pipes, one of the most important being water pressure. Therefore, the development of models to predict failure based on effective factors precisely is necessary to achieve optimal leakage management in water distribution networks.
Materials and methods: In the present study, using a developed model and analysis of pressure and burst field data in the urban water distribution network, the relationship between pressure and burst rate has been determined for a district of Tehran. The study area has 516 km of mains pipelines that include many types of material such as polyethylene, ductile iron, steel, PVC and asbestos cement. Both polyethylene and ductile iron pipes were selected for the investigation because they comprise 93 percent of the network length. After collecting and revising the statistics and information about the bursts and pressures recorded during the years 1386 to 1395, we have calculated the average zone point and the pressure index at this point and assigned it to the whole area. Finally, the pressure-burst relationship was presented individually for each material in the pipes. The prediction model of the failure consists of two parts, namely independent and dependent parts, through which the pressure parameter is linked through a power component to the failure rates. In this study, the maximum daily pressure at the average zone point was used as a pressure index in the pressure-burst relationship.Results and discussion: The pressure-burst relationship for polyethylene and ductile iron based on maximum the daily pressure index is presented separately. In the relationships obtained for comparison, both the average of maximum daily pressure and the maximum of maximum daily pressure values were used. The results of this study showed that, in the dependent pressure part, the average of the maximum daily pressure index presents a more accurate result compared with the maximum value of the maximum daily pressure index and has a higher correlation coefficient. The reason for the inappropriateness of the maximum value of the maximum daily pressure can be temporary and non-permanent overload in one or more days of the year. As it may not really have caused a failure but has been involved in the calculation, this index does not have an accurate prediction of burst. Also, the relations are obtained for two conditions with a power pressure of 3 and an unknown situation, which indicates that, in the case of unknown power, higher correlation coefficients are obtained. Thus, for polyethylene the power is equal to 3 and the correlation coefficient = 0.97, while for ductile iron, the power was equal to 2.7 and the correlation coefficient = 0.99. Conclusion: According to the relationships obtained, it can be concluded that the pressure-burst model could predict the number of failure of main pipes in the water distribution networks well. The results also showed that pressure variations more often affect burst frequency in the polyethylene than the ductile iron pipes. The exponent of pressure in the failure prediction model also depends on the pipe material and is larger for polyethylene in comparison with ductile iron material, and the average for the maximum daily pressure index was a more accurate indicator in the failure prediction model. According to the results of this paper, we can improve pressure management and rehabilitation strategies for the reduction in burst frequency. By applying accurate pressure management and awareness of material susceptibility to burst, it is possible to reduce failure rate and, consequently, water loss.
