یک روش داده محور برای تعیین رابطه فشار و شکستگی در شبکه های توزیع آب شهری

 سابقه و هدف: یکی از چالش های شرکت های آب و فاضلاب در سرتاسر جهان، هدررفت آب از شبکه های آب رسانی به صورت شکستگی و نشت است که هزینه های بالای اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی را بر این شرکت ها تحمیل می کنند. هر سال بخش زیادی از بودجه شرکت های آب و فاضلاب در بخش تعمیر و بازسازی لوله های شبکه ناشی از شکستگی ها هزینه می شود. از این رو آگاهی از میزان تواتر شکستگی ها به برآورد میزان نشت شبکه و انتخاب استراتژی های مناسب برای مدیریت نشت کمک شایانی خواهد کرد. عوامل مختلفی بر شکستگی لوله های شبکه آب رسانی تاثیر می گذارد که یکی از مهمترین این عوامل، فشار آب است. بنابراین توسعه مدل هایی که از عهده پیش بینی دقیق تواتر شکستگی لوله ها بر حسب عوامل تاثیرگذار برآیند، برای مدیریت بهینه نشت در شبکه های آب رسانی ضروری خواهد بود. مواد و روش ها: در این تحقیق با استفاده از یک مدل توسعه داده شده و تحلیل داده های میدانی فشار و شکستگی در شبکه توزیع آب شهری در ناحیه ای از شهر تهران، رابطه فشار و شکستگی برای این ناحیه تعیین شد. ناحیه مورد بررسی دارای ۵۱۶ کیلومتر خط لوله اصلی از جنس های پلی اتیلن، چدن داکتیل، فولادی، پی وی سی و آزبست سیمان است که دو جنس پلی اتیلن و چدن داکتیل با توجه به کاربرد تقریبا ۹۳ درصدی شان در طول شبکه، برای بررسی انتخاب شدند. پس از جمع آوری و پایش آمار و اطلاعات مربوط به حوادث و فشارهای ثبت شده طی سالیان ۱۳۸۶تا ۱۳۹۵، محاسبه نقطه میانگین ناحیه و محاسبه شاخص های فشار در این نقطه و انتساب آن به کل ناحیه رابطه فشار-شکستگی برای هر جنس لوله به صورت مجزا استخراج شد. مدل پیش بینی حادثه از دو بخش مستقل از فشار و وابسته به فشار تشکیل شده که در آن فشار از طریق یک مولفه توانی به تواتر شکستگی ها مرتبط شده است. در این پژوهش از فشار حداکثر روزانه در نقطه میانگین ناحیه، به عنوان شاخص فشار در رابطه فشار-شکستگی استفاده شد. نتایج و بحث: روابط فشار–شکستگی برای هر یک از دو جنس پلی اتیلن و چدن داکتیل به تفکیک ارائه شد که بر حسب شاخص فشار حداکثر روزانه است. در روابط به دست آمده برای مقایسه، از دو شاخص متوسط فشار حداکثر روزانه و حداکثر فشار حداکثر روزانه استفاده شد و نتایج نشان داد که در بخش وابسته به فشار، شاخص متوسط فشار حداکثر روزانه نتایج دقیق تری در مقایسه با شاخص حداکثر فشار حداکثر روزانه ارائه داده و دارای ضریب همبستگی بالاتری است. علت نامناسب بودن شاخص حداکثر فشار حداکثر روزانه می­تواند به علت ایجاد نوسانات شدید فشاری به طور موقت و زودگذر در یک یا چند روز از سال باشد. به طوری که ممکن است واقعا باعث رخداد حادثه نشده ولی در محاسبات دخیل شده است؛ بنابراین، این شاخص، پیش بینی صحیحی از حوادث ندارد. همچنین روابط برای دو حالتی که توان ترم فشار برابر با ۳ و حالتی که مجهول است به دست آمد که حاکی از آن است که در حالت توان مجهول ضرایب همبستگی بزرگتری حاصل می شود به طوری که برای پلی اتیلن توان برابر با ۳ و ۹۷/۰ ضریب همبستگی و برای چدن داکتیل توان برابر با ۷/۲ و ۹۹/۰= ضریب همبستگی به دست آمد. نتیجه گیری: با توجه به روابط به دست آمده می توان نتیجه گرفت که مدل فشار-شکستگی دو بخشی به خوبی توانست تعداد شکستگی لوله های اصلی در شبکه های آب رسانی را پیش بینی کند. نتایج همچنین نشان داد که تغییرات فشار بر میزان حوادث در جنس پلی اتیلن تاثیرگذارتر از جنس چدن داکتیل بوده و توان ترم فشار در پلی اتیلن بزرگتر از چدن داکتیل است و نیز شاخص متوسط فشار حداکثر روزانه شاخص دقیق تری در پیش بینی حوادث است. با اگاهی از این امر می توان در برنامه های مدیریت فشار و در امور نوسازی و به سازی شبکه، گا م های مهمی برداشت تا به نتایج مطلوب تری در راستای کاهش حوادث دست یافت.  با مدیریت صحیح فشار و با توجه به جنس لوله به کار رفته و اینکه تا چه میزان مستعد حادثه هستند؛ می توان از وقوع حوادث و به تبع آن از هدررفت آب و خسارات دیگر جلوگیری کرد.

Keywords:

شبکه توزیع آب , تواتر شکستگی , تحلیل داده های میدانی , مدیریت فشار