بررسي بکار گيري مصالح وروشهاي نوين در ساخت انواع مخازن ذخيره آب شرب از نظر اقتصادي

غلامرضا زارعي حيدر دهقاني مائده السادات رنجبر

کارشناس ارشد مهندسي آب وفاضلاب ،مديرامور آبفار روستايي شهرستان نی ریز

کارشناس ارشد مهندسي عمران ،مدير عامل شرکت آبفارروستايي استان فارس

کارشناس شرکت آبفارروستايي استان فارس

چکيده

  ارزش طراحي خوب در ساخت مخازن زمان آشکار مي شود که اجراي آن با مصالح با کيفيت و روش هاي نوين واستانداردخوب اجرا شده باشد . بدون توجه به مسائل اجرائي ، حتي با بهترين ودقيق ترين طراحي نيز نمي تواند به اهداف طرح که ساخت يک سازه مطلوب در مرحله بهره برداري مي باشد رسيد.بطوري که تمامي شرايط در ساخت يک مخزن بايد در نظر گرفته شود. ساخت و نگهداري مخازني که براي ذخيره آب قرار مي گيرند با توجه به رشد روزافزون جمعيت و توسعه مناطق شهري وروستايي از اهميت بسزايي برخوردار است مخازن ذخيره آب يکي از سازه هاي زير بنايي عمراني با درجه ي اهميت بالا لست وبا توجه به کاربرد اين سازه از نظر اقتصادي حائز اهميت مي باشد .هدف از احداث مخازن ذخيره آب در سيستم توزيع وانتقال با توجه به اهميت بهداشت منابع اب از مهمترين برنامه هاي اجرايي شرکت هاي آب وفاضلاب بمنظور جلوگيري از شکست احتمالي خط انتقال آب در اثر پمپاِژ مستقيم آب به داخل لوله وازدياد فشار وکنترل وخنثي کردن نوساتات ساعتي،روزانه وفصلي آب شرب شهرها ومناطق روستايي وهمچنين کاهش هزينه خطوط انتقال وصرفه جويي در قطر لوله ها از محل پمپاژ تا شبکه .،ذخيره سازي آب مورد نياز مشترکين وتامين وتعادل فشارشبکه مي باشد. که با توجه به موقعيت توپوگرافيک مناطق ،پستي،بلندي احداث مي شوند.در طراحي مخازن وبمنظور پايداري آنها ، بايستي بدترين شرايط وبحراني ترين وضعيت مورد بررسي قرار گيرد .و پيشگيري قبل از وقوع بهتر از علاج بعد از واقعه مد نظر  گيريم در اين مقاله انواع مخازن مورد بررسي واز نظر موقعيت وبعد اقتصادي مورد مطالعه قرار گرفته است. 

سوالات تحقيق  
بهترین روشهای اجرای مخازن ذخیره آب شرب ،تاثیر نقش اقتصادی مخازن

روش تحقیق

در این روش با بررسی ازمخازن ذخیره آب مناطق روستایی و آزمایش مصالح بکارفته در مخازن مورد بررسی قرار گرفته ومشخص گردید که مخازن ذخیره بتنی نسبت به دیگر مخازن ساخته شده از کیفیت نسبتا مطلوبی برخورداربوده است همچنین از نظر اقتصادی در مناطق پرجمعیت و مناطقی که ازمنابع آب پایداریبرخوردار می باشند احداث مخازن بتنی مقرون به صرفه می باشد.

نتيجه گيري

با توجه به اينکه مخازن ذخيره آب يکي از سازه هاي زير بنايي عمراني با درجه اهميت بالا است طراحي ساخت ونگهداري مخازن که براي ذخيره سازي آب شرب مورد توجه قرار مي گيرند .وبا توجه رشد فزاينده جمعيت و توسعه جمعيت روستاها وشهرها کيفيت مخازن واستفاده از روشهاي نوين در احادث مخازن آب شرب اهميت بسزايي دارد.و مهمترين اهداف احداث مخازن ذخيره آب در سيستم توزيع وانتقال جهت کنترل وخنثي کردن نوسانات ،جلوگيري از شکستگي خطوط انتقال در اثر پمپاژمستقيم ،کاهش هزينه خط انتقال و صرفه جويي در انتخاب قطر لوله حائز اهمیت می باشد.

کلمات کليدي : مخازن ذخيره آب ،مخازن زميني ،بعد اقتصادي ،آب شرب ،کيفيت مصالح ،روشهاي نوين

مقدمه 

اساسا آب در هر منطقه اي بعنوان يک سرمايه ملي محسوب ميشودوجزء مسائل حياتي بشر قلمداد مي شودکه بوسيله هيچ کدام از منابع طبيعي ومصنوعي جايگزين نمي گردد خصوصا در کشور ما که در منطقه خشک ونيمه خشک واقع شده است . موضوع تامين  وانتقال واستفادده وذخيره سازي واستفاده آب از قرون واعصار قديم از دغدغه هاي مسولين ودست اندر کاران حوزه تامين آب مي باشد،که با توجه به اهميت موضوع تامين آب ذخيره سازي وحفظ آن از اهميت ويژه اي برخوردار مي باشد. که بمنظور جلوگير از هدر رفت آب بررسي واحداث مخازن در سيستم آب رساني ازاهميت بسيار مهم وقابل توجهي ميباشد . که اگر در احداث مخازن وکيفيت اجراي مخازن وهمچنين نوع مصالح دقت لازم بکار گرفته نشود ضمن هدر روي آب منجر به آلودگي وبروز مشکلاتي براي مشترکين وباالطبع افزايش هزينه هاي درماني ومشکلات اجتماعي واقتصادي ، وسياسي را در پي خواهد داشت .با توجه به استفاده از مواد شيميايي از قبيل سولفات آلومينيوم،آهک،کلروفريک،پلي الکتروليت ها ،کلرووترکيبات ان ،ازن واشعه ماورائ بنفش وبرخي مواد ديگر که در فرايند تصفيه آب بکار ميرود. بايد در ساخت مخازن از مصالح با کيفيت وروشهاي نوين فراهم تا نتيجه فعاليت مطلوب بوده ودر شرايط بهينه قرار گيريم

پیشنهاد می‌کنیم محصول آب بندی بتن را هم بررسی کنید.

بيان مسئله

با توجه به حساسيت احداث مخازن ذخيره آب وهزينه هاي بالاي اجراي مخازن جهت احداث مخازن ذخيره آب شرب بايد ويژگيهاي مصالح در مخازن از نظر خواص فيزيکي ،شيميايي،کيفيت مصالح واستفاده از روشهاي نوين ودر حد استاندارد وقابل قبول اجرا شود.بنا براين در طراحي واحداث مخازن ويژگيهاي مصالح مصرفي از نظر خواص شيميايي ،فيزيکي ومکانيکي حائز اهميت واستفاده از مصالح غير مرغوب مجاز نمي باشد.مهمترين اهداف ايجاد مخازن ذخيره آب در سيستم هاي آبرساني :جلوگيري ازشکست احتمالي خط انتقال آب با صرفه جويي در انتخاب قطر لوله از ايستگاه پمپاژ مستقيم آب به داخل لوله وازدياد فشار .کاهش هزينه خط انتقال با صرفه جويي در انتخاب قطر لوله از ايستگاه پمپاژتا شبکهيکي از روش هاي مدرن وموثر براي تقويت بتن آرمه استفاده از الياف پليمري (FRP)مي باشد نوع الياف و ماهيت الياف و ضخامت آن از پارامترهاي هستند که بايد مورد بررسي قرار گيرند.با توجه به اينکه نقاط ضعف مخازن آب ديواره هاي جانبي مي باشد که با تقويت الياف مسلح پليمري FRP به مقاومت مورد نظر خواهيم رسيد .در سازه هاي بتني که از حساسيت بيشتري بر خوردار هستند چنانچه ظرفيت تحمل بار جانبي به صفر برسد از نظر فيزيکي سازه ناپايدار تلقي مي گردد

انواع مخازن ذخير ه با توجه به کار برد آنها در سيستم هاي آب روستايي 

1. مخازن ذخيره آب خام 

اين نوع مخازن که صرفا براي جبران کردن نوسانات  فصلي بارندگي هستند ،آب خام را در خود ذخيره مي کند تا در مواقع ضروري ازآن بهره برداري گردد .تاسيسات سد ها نيز نوعي از اين مخازن هستند که حجم آنها به شدت نوسانات آبدهي  منبع طبيعي وهمچنين تغييرات مصرف بستگي دارد .براي استفاده از اين مخازن چنانچه به شکل ثقلي قابل بهره برداري نباشد ،از سيستم پمپاژ استفاده مي شود

مخازن ذخيره ي زميني بلند

هدف از ايجاد اين مخازن ، ذخيره سازي آب مورد نياز شهروندان وتامين فشار مورد نياز در شبکه مي باشد. اين مخازن اغلب بر روي بلنديها ي اطراف مناطق بنا مي شوند براي ايمني بيشتر در مقابل حوادث، گرما وسرما آنها را در داخل زمين قرار مي دهند چنانجه ارتفاع مخزن زميني جوابگوي فشار مورد نياز نباشد، مي توان آب را به داخل يک مخزن هوايي پمپاژ کرد.

2 مخازن ذخيره هوايي(بلند)

اين مخازن که منابع پايه دار نيز گفته مي شود. معمولا بر روي يک اسکلت فلزي يا بتني قرار مي گيرند. در صورتي که ، در اطراف منطقه بلندي هاي مناسب براي ايجاد مخزن زميني وجود نداشته باشد،

ساخت آنها مقرون به صرفه است .چون مخازن هوايي به تا بعد برازجان اسکلت فلزي يا بتني نياز دارند .به منظور پايين آوردن هزينه ساخت حجم آنها را به حداقل مي رسانند. ظرفيت مخازن ذخيره هوايي بايستي جوابگوي نوسانات مصرف آب منطقه وهمچنين قطع احتمالي پمپاژ آب نيز باشد. از اين رو ، به انها مخازن متعادل کننده نيز مي گويند.پارامتر هاي ديگري که بايد مورد توجه قرار گيرد ارتفاع مخزن، است .حداقل ارتفاع مخزن بايستي جوابگوي فشار مورد  نياز شبکه وافت فشار هاي خط انتقال باشد .

وضعيت استقرار مخازن :

معمولا براي استقرار مخازن دو دو حالتمورد نظر مي باشد. حالت اول محل تامين آب ومخزن ذخيره دريک سوي منطقه واقع مشود. در اين حالت آب از يک سو واردمي شود واز سوي ديگر خارج مي شود.

به عبارت ديگر ، لوله برداشت آب وتغذيه يکسان نيستند در اين حالت از لوله 1 ،يک دبي ثابت در طول روز عبور مي کند. محاسبه اين لوله بر اساس دبي ماگزيمم روزانه QMax مي باشد. به دليل نوسانات مصرف آب در طول روز ، از لوله شماره 2 دبي ثابتي عبور نمي کند. محاسبه لوله شماره دو بر اساس حداکثر  لدبي لحظه اي يا QMax)HR) دبي ماگزيمم ساعتي صورت مي گيرد

 حالت دوم اگر با توجه به موقعيت توپوگرافيک منطقه پستي وبلنديهاي آن طوري باشد که امکان استقرار مخزن وجود نداشته باشد. منبع تامين ذخيره آب در دو سوي منطقه مستقر  مي گردد.در اين شرايط آب توسط يک لوله به مخزن ذخيره وارد يا از آن برداشت مي شود.

 بدين ترتيب در ساعاتي که آب به حداقل مي رسد .جهت جريان آب به طرف مخزن ودر واقع پيک مصرف جهت جريان معکوس مي شود. در اين حالت محاسبه لوله انتقال از ايستگاه پمپاژ تا شبکه يک بر مبناي دبي حداکثر روزانه محاسبه لوله 2 بر اساس تفاضل دبي لحظه اي حداکثر ساعتي ودبي ماگزيمم روزانه مي باشد مخازن ذخيره زميني آب شرب شکل هندسي وساختمان مخازن ذخيره زميني تابع ظرفيت (حجم) مخزن است. معمولا مخازن با ظرفيت کم به شکل چهار گوش واغلب از جنس مصالح سنگي  يا بتن مسلح هستند. مخازن ذخيره با ظرفيت زياد بصورت دوبل يا بهشکل استوانه مي باشند .دليل استفاده از مخازن دوبل يعني دوقسمتي اين است که اگر يکي از مخازن نياز به شستشو يا تعمير داشته باشد .مخزن دوم مورد بهره برداري قرار مي گيرد. براي جلوگيري از نشت آب به بيرون وهمچنين نفوذ آبهاي زياد: زميني به داخل مخزن،  بدنهانه را عايق بندي مي کنند يا در ساخت مخزن ماده واتر پروف مورد استفاده قرار مي گيرد. تعبيه لاستيک اب بند در محل درزها نيز ضروري است .لوله هاي تغذيه وبرداشت آب در دو سوي مخزن قرار مي گيرد. تا ضمن ايجاد تور بولانس وچرخش آب در آن هوادهي لازم انجام شود. واز بو گرفتن آب در اثر سکونت جلو گيري بعمل آيد

ضمن اينکه تغذيه آب از قسمت بالا وبرداشت از پايين مخزن صورت مي گيرد براي شستشوي مخزن بين يک تا دو درصد شيب ملايمي به طرف چاهک شستشو ايجاد مي شود. پيش بيني سر ريز يا شير کنترل ارتفاع آب مخزن ضروري است

نيروهاي وارد بر مخازن ذخيره :

نيروهاي وارد بر مخازن ذخيره عبارت است از : 

الف مخازن زميني :

1-نيروهاي حاصل از فشارهاي هيدرو استاتيک آب که بصورت خطي به جدار داخلي مخزن وارد ميگردد.

-2-نيروهاي حاصل از وزن خاکريز روي مخزن بعنوان بار مرده

3- چنانچه مخزن از دو قسمت تشکيل شده باشد يک قسمت را پر وقسمت ديگر را خالي فرض نموده وفشار هيدرو استاتيک را به جدار ديوار داخلي اعمال مي کنيم.

4-نيروهاي ناشي از رانش خاکريز پشت مخزن .

5- عکس العمل قائم زمين در مقابل نيروهاي قائم مقدار آن به جنس زمين بستگي دارد.

          ب)مخازن هوايي بلند(پايه دار)

           1-وزن مخزن با توجه به وزن آب ووزن اسکلت

           2- نيروي افقي حاصل از فشار بادوزلزله.

          3-فشار هيدرواستاتيک آب داخل مخزن ذخيره.

          4- عکس العمل زميني که بصورت  قائم به پايه ها وارد شده وبه جنس زمين بستگي دارد.

در طراحي مخازن ذخيره وبراي پايداري آنه ، بايستي بدترين شرايط وبحراني ترين وضعيت مورد بررسي قرار گيرد. يعني جهت ايستايي مخازن ترکيبي از نيروهاي فوق الذکر در نظر گرفته شود.

 محاسبه حجم مخازن ذخيره

الف) مخازن زميني بلند :به علت ارزان بودن حجم اين گونه مخازن را بيشتر از حداقل مورد نياز مي سازند . فاکتور هاي که در محاسبه آنها اهميت دارند عبارتند از

1-نوسانات روزانه مصرف آب منطقه.

2-از کار افتادن پمپ به دليل قطع برق.

3- نياز آتي منطقه ، با توجه به افزايش جمعيت وامکان گسترش منطقه ، حجم آن را براي 10تا 25 سال آينده در نظر مي گيرند

بدین منظور حجم مخزن بدين منظور ، حجم مخزن را بر مبناي در صد ي از مصرف شبانه روزي تعين مي کنند که اين مقدار ممکن است تا 100 در صد تيز برسد .برخلاف مخازن هوايي (پايه دار) اضافه شدن حجم مخازن زميني تاثير چنداني در هزينه ساخت آنه ندارد. در محاسبه مخازن ذخيره علاوه بر موارد مزبور ، حجمي را نيز بعنوان آتش نشاني وموارد اضطراري در نظر ميگيرند .مقدار حجم مخزن زميني را با توجه به جمعيت منطقه در نظر مي گيرند 

براي محاسبه حجم مي توان از رابطه زير استفاده کرد: 

 

 v:حجم مخزن  برحسب   m³

                   

:aدرصد مصرف شبانه روز  ٪ 

:Q_max دبي ماگزيمم روزانه   m³  /_day   

 :V _fحجم مورد نياز آتش نشاني      m³

    

 ب) محاسبه حجم مخازن ذخيره هوايي .غالبا مخازن ذخيره هوايي براي جبران نوسانات مصرف آب ، در شبانه روز وهمچنين تامين فشار لازم در شبکه طراحي واجرائ ميگردند. از اين رو ، به آنها مخازن متعادل کننده نيز مي گويند.چون مخازن هوايي خصوصا در حجم هاي زياد به مراتب گرانتر از مخازن زميني است، بنا بر اين بايد در تعين حجم اين گونه مخازن دقت بيشتري به عمل آيد. به همين جهت حجم هاي بيشتر از1000 متر مکعب نيزمخزن هواي اقتصادي نمي باشد. واز نظر فني مقرون به صرفه نمي باشد. از طرفي براي حجم هاي کمتر از صد متر مکعب نيز مخزن هوايي اقتصادي نيست وبهتر است از مخازن تحت فشار استفاده کنيم 

 براي محاسبه حجم مخازن هواي دو روش  وجود دارد.

 روش جدول: مي دانيم که ميزان آب مورد نياز در شبانه روز متفاوت است . در بعضي از ساعات مصرف بسيار پايين ودر بقيه ساعات مصرف زيادتر است. از طرفي ميزان توليد متوسط پمپ در شبانه روز مقداري ثابت است.، بايستي ظرفيت مخزن تکافوي اين تغيرات را داشته باشد. که معمولا در روش مزبور در جدولي مشخصات تنظيم مي شودوکه در ستون اول ساعات مختلف شبانه روز درج است.

 در ستون دوم ميزان درصد آب مصرفي نسبت به کل مصرف آب در شبانه روز ، در ستون سوم،در صد توليد آب نسبت به کل توليد در شبانه روز.و در ستون چهارم تفاضل ستون هاي دوم وسوم بعنوان درصد ذخيره مندرج است.

 در ستون پنجم ، جمع جبري رديفهاي ستون جهارم را به صورت تجمعي مي نويسيم. پس از تنظيم جدول قدر مطلق  بزرگترين عددمثبت وکوچکترين عددمنفي را در ستون پنچم جمع مي کنيم ودر حد

 اکثر مصرف روزانه ضرب مي نماييم. اين مقدار با حجم مخزن هوايي برابر است. برابر ست (بدون احتساب حجم مورد نياز آتش نشاني وموار د اضطراري)

 2) روش ترسيمي : در محاسبه مخزن ذخيره ي هوايي به روش ترسيمي ،منحني تغييرات مصرف آب را به شکل تجمعي و به صورت درصد در ساعات مختلف شبانه روز همراه با تغييرات توليد بر روي يک سيستم مختصات رسم مي کنيم .سپس اختلاف فاصله دو مماس که در نقاط ماگزيمم ومينيمم منحني مصرف و به موازات خط توليد ترسيم شده است.به شکل قائم اندازه گيري مي کنيم . براي تعيين حجم مخزن ،عدد مزبور را که از روي شکل به دست آورده ايم ،در ماگزيميم دبي مصرف روزانه ضرب مي کنيم .حجم مخزن بدون احتساب حجم آتش نشاني وموارد اضطراري به دست مي آيد.

 پیشنهاد می‌کنیم محصول روان کننده های بتن را هم بررسی کنید.

تقدير تشکر 

لازم مي دانيم مراتب سپاس و قدر داني خود را از تلاش و مساعدت جناب دکتر بيدختي استاد دانشگاه شيراز که با نظرات سازنده خود مارا در اجراي هرچه بهتر اين مقاله ياري نمودند اعلام نماييم 

نتیجه گیری

   با توجه به اينکه مخازن ذخيره آب يکي از سازه هاي زير بنايي عمراني با درجه اهميت بالا است طراحي ساخت ونگهداري مخازن که براي ذخيره سازي آب شرب مورد توجه قرار مي گيرند .وبا توجه رشد فزاينده جمعيت و توسعه جمعيت روستاها وشهرها کيفيت مخازن واستفاده از روشهاي نوين در احادث مخازن آب شرب اهميت بسزايي دارد.و مهمترين اهداف احداث مخازن ذخيره آب در سيستم توزيع وانتقال جهت کنترل وخنثي کردن نوسانات ،جلوگيري از شکستگي خطوط انتقال در اثر پمپاژمستقيم ،کاهش هزينه خط انتقال و صرفه جويي در انتخاب قطر لوله حائز اهمیت می باشد.  

 منابع

1-   مجموعه مقالات

2-  روان ،علی ،آبرسانی وتوزیع آب شهری ،انتشارات دفتر مرکزی سازمان سازندگی وآموزش وزارات نیرو ،1378

منزوی ،محمد تقی، آبرسانی شهری ،تهران ،دانشکده فنی دانشگاه تهران