تصميم شبكات المياه

تصميم شبكات المياه
    تصميم شبكات المياه
    شبكات توزيع المياه تنشأ لخدمة مجتمع فى فترة تصميمية لا تقل فى أغلب الأحيان عن عشرة إلى خمسة عشر عاماً، فإنه لا يكتفى بالحصول على البيانات الأساسية للوقت الحاضر فقط، ولكن يلزم التنبؤ بالبيانات المستقبلية وذلك بدراسة النمط السابق لنمو هذه البيانات.
    وعلى هذا فإن البدء فى تصميم شبكة مياه لمدينة أو منطقة معينة يتطلب تقدير كمية المياه اللازمة حالياً، مستقبلياً 
    تصميم شبكات المياه



    المحتويات

    الفصل الأول: البيانات الأساسية اللازمة لتصميم شبكات مياه الشرب
    الفصل الثاني: تخطيط شبكات توزيع المياه
    الفصل الثالث: منشئآت تخزين المياه
    الفصل الرابع: محطات طلمبات الضغط العالي
    الفصل الخامس: التصميم الهيدروليكي لشبكات توزيع مياه الشرب
    الفصل السادس: التصميم الهيدروليكي باستخدام الحاسب الآلي
    الفصل السابع: برنامج ال WATERCAD

    1
    الفصل الأول

    البيانات الأساسية اللازمة لتصميم شبكات مياه الشرب

    مقدمـة
    تعتبر البيانات الأساسية، والتى يتم الحصول عليها عن طريق الدراسات المبدئية، هى مدخلات لعملية تصميم ناجحة، تحقق الهدف المصممة من أجله الشبكة. ولما كانت شبكات توزيع المياه تنشأ لخدمة مجتمع فى فترة تصميمية لا تقل فى أغلب الأحيان عن عشرة إلى خمسة عشر عاماً، فإنه لا يكتفى بالحصول على البيانات الأساسية للوقت الحاضر فقط، ولكن يلزم التنبؤ بالبيانات المستقبلية وذلك بدراسة النمط السابق لنمو هذه البيانات.
    وعلى هذا فإن البدء فى تصميم شبكة مياه لمدينة أو منطقة معينة يتطلب تقدير كمية المياه اللازمة حالياً، ومستقبلياً وهذا يستوجب القيام بالدراسات المبدئية الآتية:
    -             التنبؤ بعدد السكان.
    -             حساب معدلات الاستهلاك المختلفة.
    -             تقدير الزيادة فى معدلات الاستهلاك المستقبلية.
    -             حساب التصرفات التصميمية.
    -             عمل الدراسات الميدانية.

    التنبؤ بعدد السـكان
    لما كان خط المواسير الذى يستخدم فى نقل المياه الحالية والمستقبلية ذا عمر افتراضى يتراوح بين 30 و 50 سنة فإنه يجب تقدير عدد السكان طوال المدة التى يخدم فيها الخط بدقة كافية، حتى لاتسبب زيادة التقدير حدوث زيادة فى أقطار المواسير، وبالتالى زيادة تكاليف الخط، وحتى لا يسبب نقص التقدير حدوث قصور فى خدمة الإمداد بالمياه اللازمة.
    والطرق المستخدمة فى التنبؤ بعدد السكان هى:
    1.         الطريقة الحسابية (Arithmetic Increase).
    2.         الطريقة الهندسية (Geometric Increase).
    3.         طريقة الزيادة بالمعدل المتناقص (Decreasing Rate of Increase).
    4.         طريقة افتراض الكثافات السكانية.
    5.         الطريقة البيانية التقريبية.
    6.         طريقة المقارنة البيانية.
    وسوف يتم التركيز هنا على الطريقة الحسابية الهندسية وطريقة الكثافات حيث أنها أكثر الطرق استخداما وتناسبا مع منحنى النمو السكانى للمجتمعات المصرية.

    الطريقة الحسابية
    وتطبق فيها المعادلة  الآتية:
    Pn = Po + Ka (tn – tl)                                            (1-1)
    الطريقة الهندسـية
    وتطبق فيها المعادلة  الآتية:
             ln Pn = ln Po + Kg (tn – tl)                          (1-2)
    حيث أن:
    Pn        :           التعداد الذى يخدمه المشروع فى سنة الهدف
    Po      :        أخر تعداد للمنطقة ويؤخذ حسب بيان التعبئة والأحصاء
    Ka     :        معدل الزيادة السنوية للسكان (معدل ثابت)
    Kg     :        معدل الزيادة السنوية للسكان فى الطريقة الهندسية ( متزايد)
    tn-t1     :           الفترة الزمنية التى يخدم فيها المشروع
    ln      :        اللوغاريتم الطبيعى للأساس 2.7

    طريقة الكثافات السكانية
    وتتوقف هذه الطريقة على تخطيط المدينة أو المنطقة والجدول (1-1) يعطى الكثافات التى حددها الكود المصرى لتصميم الشبكات.

        جدول رقم (1-1) : الكثافات السكانية التى تستخدم عند حساب عدد السكان المتوقع فى تخطيط المدينة أو المنطقة
                        
    الكثافة السكانية
    (فرد/هكتار)
    نوعية المسكن
    10
    فيلات درجة أولى
    30-60
    فيلات درجة ثانية
    100-250
    عمارات سكنية صغيرة
    240-700
    عمارات سكنية متوسطة
    700-1200
    عمارات سكنية كبيرة
    50-75
    مناطق تجارية
    20-30
    مناطق صناعية

    حساب معدلات الاستهلاك المختلفة
    يمكن تقسيم أنواع الاستهلاكات إلى مايلى:
    -             استهلاك منزلى.
    -             استهلاك غير منزلى، ويشمل كل من الاستهلاك التجارى والصناعى والاستهلاك العام.

    أ )      الاستهلاك المنزلى
    وهو يشمل كل ما يخص استهلاك المياه داخل المنزل من نظافة وشرب وإعداد طعام ..إلخ.

    ب )    الاستهلاك غير المنزلى
    ويشمل جميع عناصر الاستهلاك غير المنزلى من مدارس، مستشفيات، فنادق، مساجد ومكاتب ..إلخ، والجدول رقم (1-2) يوضح معدل الاستخدام النمطى غير المنزلى، ويعبر عن معدل الاستهلاك الكلى اليومى للمياه باللتر/فرد/يوم، ويختلف هذا المعدل باختلاف فصول السنة وكذلك أشهر السنة وأيضا فى خلال الساعة من اليوم، ولمواجهة هذه التغيرات فى معدلات الاستهلاك أمكن تعريف معدلات الاستهلاك المختلفة، واستنتاج متوسط الاستهلاك اليومى على مدار العام، كمقياس لبقية معدلات الاستهلاك، وفيمايلى تعريفات لمعدلات الاستهلاك المختلفة:
    §       متوسط الاستهلاك اليومى على مدار العام (Average Of Annual Daily Consumption)، ويحسب بقسمة جملة الاستهلاك للمياه خلال العام على عدد أيام السنة.
    §       أقصى استهلاك شهرى (Maximum Monthly Consumption)، يعين الشهر الذى يقع فيه مجموع أكبر استهلاك، ويؤخذ متوسط الاستهلاك اليومى خلال هذا الشهر، فيكون هو أقصى استهلاك شهرى، ويمكن تقديره بحوالى (1.25  1.50) من متوسط الاستهلاك اليومى على مدار العام ويؤخذ (1.40).
    §       أقصى استهلاك يومى (Maximum Daily Consumption)، يعين الشهر الذى يحدث فيه أكبر استهلاك خلال السنة، ثم يعين اليوم الذى يحدث فيه أكبر استهلاك فيكون هذا الاستهلاك هو أقصى استهلاك يومى، ويمكن تقديره بحوالى (1.60-1.80) من متوسط الاستهلاك اليومى على مدار العام.
    §       أقصى استهلاك فى الساعة (Maximum Hourly consumption)، يعين اليوم الذى يحدث فيه أكبر استهلاك خلال السنة والذى يعطى أقصى استهلاك يومى، ثم يُرسم منحنى الاستهلاك خلال ساعات هذا اليوم ومنه يحدد أقصى استهلاك فى الساعة ويمكن تقديره بحوالى 2.50 من متوسط الاستهلاك اليومى على مدار العام.
    §       وترجع أهمية دراسة معدلات الاستهلاك فى تعيين التصرفات المختلفة للإمداد بالمياه، حيث يستخدم (أقصى استهلاك شهرى) فى تصميم أعمال التنقية، (وأقصى استهلاك يومى) فى تصميم الخطوط الرئيسية والخطوط الفرعية وأعمال التخزين للشبكة، ويستخدم (أقصى استهلاك ساعة) فى تصميم خطوط التوزيع فى الشبكة، وكذلك فى تصميم وصلات الخدمة فى البيوت.

    توزيع المياه
       
       جدول رقم (1-2): معدل الاستهلاك النمطى غير المنزلى فى القرى

    الفئـة
    الاستخدام النمطى (لتر/يوم)
    المدارس
    15-30 لكل تلميذ
    المستشفيات (بها مغاسل)
    220-300 لكل سرير
    الفنـادق
    80  120 للشخص
    المقاهـى
    65  90 للكرسى
    المسـاجد
    25  40 للزائر
    السينما والمسرح
    10  15 لكل كرسى
    المكاتب
    25 40 لكل شخص
    محطات الأتوبيس والسكة الحديد
    15 20 لكل شخص
    معامل منتجات الألبان
     5 لكل لتر لبن
    المجـازر
    10  50 لكل حيوان
    الثروة الحيوانية:

    الماشـية
    25  35 للرأس
    الخيول والحمير
    20  25 للرأس
    الأغنــام
    15  25 للرأس
    الدواجـن
    15-25 لكل 100 دجاجه



    تقدير الزيادة فى معدلات الاستهلاك مستقبلاً

    للحصول على معدلات الاستهلاك فى المستقبل تطبق المعادلات الآتية:

    أو

    وتطبق المعادلة الأولى فى حالة وجود عدادات قياس استهلاك المياه، وتطبق المعادل الثانية فى حالة عدم وجودها.
    أما فى حالة معرفة النسبة المئوية لمعدل الزيادة السكانية فيمكن تطبيق المعادلة الآتية:
    Percent Increase = {(1+r)n –1 x 100
    حيث:
    r       : معدل الزيادة فى الاستهلاك سنويا وتؤخذ 1/10 من النسبة المئوية لمعدل الزيادة السنوية للسكان.
    n       : زمن المشروع (عدد السنين التى يخدم فيها المشروع).

    وطبقا للدراسات التى تمت لمدن القاهرة، الإسكندرية، وبورسعيد وبعض محافظات الوجه القبلى والبحرى والمدن الجديدة (مثل العبور  6 أكتوبر) تم تحديد متوسط الاستهلاك اليومى لمختلف مناطق الجمهورية من حيث كونها مدن أو عواصم محافظات أو مراكز أو ريف، ومتوسط الاستهلاك اليومى يمثل الاستهلاك المنزلى بالإضافة إلى الاستهلاك للأغراض العامة والصناعات الصغيرة، أما بالنسـبة

    للفواقد فى الشـبكات فهى تتراوح بين 20-40 لتر/فرد/يوم، وهذه الكمية داخلة ضمن متوسط الاستهلاك اليومى، ويراعى خصم كمية الفاقد عند حساب معدلات الاستهلاك الأخرى.
    والجدول رقم (1-3) يعطى متوسط الاستهلاك اليومى وكذلك كمية الفاقد خلال الشبكة.

    جدول رقم (1-3): متوسط الاستهلاك اليومى وكمية الفاقد خلال الشبكة

    حالة الاستخدام
    متوسط الاستهلاك اليومى
    لتر/فرد/يوم
    كمية الفاقد
    لتر/فرد/يوم
    متوسط الاستهلاك الكلى
    لتر/فرد/يوم
    عواصم المحافظات (المدن)
    180
    20-40
    200-220
    المراكز
    150
    15-30
    165-180
    القرى حتى 50000 نسمة
    125
    10-25
    135-150
    المدن الجديدة
    280
    صفر- 20
    280-300


    والمثال التالى يوضح كيفية حساب معدلات الاستهلاك لمدينة جديدة.
    مثال
    متوسط الاستهلاك اليومى للمدينة الجديدة (من جدول رقم 1-3).
                                = 280  300     لتر/فرد/يوم
                                      = 280 + (صفر-20) لتر/فرد/يوم
    كمية الفاقد خلال الشبكة         = 20 لتر/فرد/يوم.
    أقصى استهلاك شهرى          = 1.40 × 280 + 20=412 لتر/فرد/يوم
    أقصى استهلاك يومى            = 1.80 × 280 + 20 = 524 لتر/فرد/يوم
    أقصى استهلاك ساعة            = 2.5 × 280 + 20 = 720 لتر/فرد/يوم

    أما بالنسبة للاستهلاك الصناعى، ومن واقع الدراسات التى تمت لمدن القاهرة، الإسكندرية، وبورسعيد وبعض المحافظات تم تحديد قيم الاستهلاك الصناعى كما هو موضح بالجدول رقم (1-4).

       جدول رقم (1-4) : قيم الاستهلاك الصناعى (لتر/هكتار/ثانية)

    حالة الاسـتخدام
    الاستهلاك الصناعى (لتر/هكتار/ثانية)
    عواصم المحافظات (المدن)
    2
    المراكـز
    2
    القرى حتى 50000 نسمة
    2
    المدن الجديدة
    3

    والجدول رقم (1-5) يوضح متوسط الاستهلاك اليومى فى حالة الفنادق  المبانى العامة  المبانى الحكومية  والمدارس والمستشفيات، أما بالنسبة لتصرفات الحريق فتؤخذ طبقا للجدول رقم (1-6).
       جدول رقم (1-5) : متوسط الاستهلاك اليومى للمبانى العامة     (المستشفيات  الفنادق  المدارس)

    حالة الاسـتخدام
    متوسط الاستهلاك (لتر/فرد/يوم)
    مبانى عامة  مكاتب  مدارس
    50  150
    مستشفيـات
    500  1000 لتر/سرير/يوم
    فنـــادق
    180- 500 لتر/سرير/يوم

       جدول رقم (1-6) : تصـرفات الحريــق

    عدد السكان (فرد)
    تصرف الحريق (لتر/ث)
    حتى 10.000
    20
    25.000
    25
    50.000
    30
    100.000
    40
    أكثر من 200.000
    50

    حساب التصرفات التصميمية
    تحسب التصرفات التصميمية (Q-design) للخطوط حسب نوع التخطيط المتبع فى الشبكة، من حيث كونه تخطيط شجرى أو دائرى أو شبكى، وسيتم مناقشة ذلك بالتفصيل فى الفصل الثانى.

    عمل الدراسات الميدانيـة
    تعتبر الدراسات الميدانية هى الأساس فى بدء عملية التصميم بالإضافة إلى البيانات التصميمية وتشمل الدراسات عمل الآتى:
    §       عمل خرائط تفصيلية موقع عليها جميع المنشآت والطرق.
    §       عمل خرائط كنتورية لتحديد المناطق المنخفضة والمرتفعة فى منطقة الدراسة.
    §       توقيع المصدر الرئيسى للشبكة وكذلك مواقع الخزانات.
    §       عمل جسات على المسار لتصميم الأساسات.
    §       تحديد أماكن العدايات سواء للسكة الحديد أو الطرق أو المجارى المائية وخلافه.


    2
    الفصل الثانى

    تخطيط شبكات توزيع مياه الشرب
    مقدمـة
    تشمل أعمال توزيع مياه الشرب الوحدات الرئيسية التالية:
    1.    محطات طلمبات ضخ المياه النقية (الضغط العالى).
    2.    شبكات توزيع مياه الشرب.
    3.    منشآت التخزين الأرضية والعالية.


    متطلبات الأمان فى توزيع أعمال توزيع المياه
    يمكن تلخيص أهم متطلبات الأمان فى أعمال توزيع مياه الشرب فى النقاط التالية:
    1.    يجـب أن تفى كميات المياه التى تنقلها الشـبكة بكافة الاحتياجات المائية المطلوبة فى أى وقت.
    2.    يجب أن يكون ضغط التشغيل بشبكة التوزيع كافياً لتوصيل المياه إلى أبعد وأعلى مكان بالمدينة أو التجمع السكنى.
    3.    يمكن التحكم فى سريان المياه خلال شبكة التوزيع باستخدام محابس القفل.
    4.    يجب أن تكون شبكة المواسير آمنة على نوعية المياه النقية وأن لا تتفاعل معها أو تسمح بتلوثها.
    5.    ينبغى أن تكون مواد الصنع للمنشآت والشبكات والأجزاء الميكانيكية والكهربائية من مواد متينة تتحمل التشغيل المستمر وتقاوم التآكل من الداخل والخارج.
    6.    من الضرورى أن تخلو شبكة التوزيع من النهايات الميتة.
    7.    ينبغى ألا يتعارض أى جزء من أعمال التوزيع من الخدمات والمرافق الأخرى.
    8.    يجب حماية جميع أعمال التوزيع من التلوث من الخارج أو الداخل.

    النظم الهندسية للتغذية بمياه الشرب
    يمكن تقسيم النظم الهندسية للتغذية بمياه الشرب :
    1.    التغذية بالجاذبيـة.
    2.    التغذية بالضغط.
    3.    التغذية المشتركة.

    1- التغذية بالجاذبيـة
    هى التغذية من أعلى وفيها تكون جميع أعمال إنتاج وتنقية وتخزين المياه (فى خزانات أرضية) فى مكان مرتفع عن منسوب المدينة أو التجمع السكنى. ويسمح هذا الوضع بتغذية المدينة بالضغط الكافى والناتج من الفارق الاستاتيكى، ويمتاز هذا النظام بعدم وجود محطات (ضغط)، أو منشآت تخزين عالية، أى أنه نظام اقتصادى مريح.

    2- التغذية بالضغـط
    هى التغذية من نفس المستوى أو أقل، بواسطة محطة ضخ تعمل طوال الوقت وفيها تكون جميع أعمال إنتاج وتنقية وتخزين المياه (فى خزانات أرضية) هى فى مكان ذى منسوب يعادل منسوب التجمع السكنى أو المدينة أو يقل عنه، كما تخلو شبكة التوزيع من منشآت التخزين العالية، ولذلك تستخدم محطة ضخ (طلمبات) توضع بجوار أعمال التنقية وتعمل طوال الوقت، وبتصرفات مختلفة، لتلبى كافة الاحتياجات المائية.

    3- التغذية المشـتركة
    هى التغذية من نفس المستوى أو أقل، بواسطة محطة ضخ ومنشآت تخزين عالية ونجد فى هذا النظام الثالث للتغذية بمياه الشرب أن جميع أعمال إنتاج المياه وتنقيتها وكذلك تخزينها فى خزانات أرضية هى فى مكان ذى منسوب يعادل منسوب المدينة أو يقل عنه، وتتواجد فى شبكة التوزيع منشآت تخزين عالية مما يتيح الفرصة لأن تعمل محطة طلمبات ضخ المياه النقية بعض الوقت، بتصرف ثابت، بينما تنتج منشآت التخزين العالى فرصة تعويض كميات المياه أثناء ساعات الذروة على أن يتم ملؤها أثناء ساعات الليل.

    شـبكة توزيع المياه
    يقصد بشبكة التوزيع خطوط المواسير الرئيسية الممتدة من محطة تنقية المياه أو من محطة ضخ المياه إلى شبكة التوزيع الفرعية فى جميع مناطق التجمعات العمرانية المختلفة (مدن/قرى/عزب/نجوع)، وتستخدم شبكة توزيع المياه فى تغذية جميع أنحاء التجمعات السكنية بالمياه الصالحة للاستخدام المنزلية والصناعية ومقاومة الحرائق، وذلك وفقا للمعدلات المطلوبة وتحت الضغط المناسب، مع الأخذ فى الاعتبار الحماية الكافية للشبكة لضمان عدم تلوث المياه وضمان نظافة الشبكة.
    وتشمل شبكة التغذية المواسير، وجميع مايلزمها من قطع خاصة، ومحابـس مختلفة، وحنفيات حريق ورى، بالإضافة إلى الأعمال الإنشائية والتكميلية اللازمة لحمايتها وضمان سهولة تشغيلها وصيانتها مثل غرف المحابس، والعدايات والدعامات الخرسانية للأكواع والمشتركات..إلخ، وفى الغالب، تتبع خطوط المواسير فى إنشائها شكل سطح الأرض.
    وتعتبر أعمال توزيع المياه واحدة من أهم الأعمال الإنشائية الرئيسية وأكثرها تكلفة فى عملية الإمداد بالمياه، حيث تتعرض المواسير على اختلاف أنواعها إلى اجهادات وتأثيرات متنوعة، سواء من التربة المحيطة بها أو بسبب التغير فى درجات الحرارة، أو الصدمات التى تحدث أثناء النقل والتركيب.

    تخطيط شبكة التوزيع
    عند تخطيط شبكة التوزيع، تستخدم إحدى الطرق الأربعة الآتية، التخطيط الشجرى، أو الدائرى، أو الشبكى.
     أ )      التخطيط الشـجرى
    فى نظام التخطيط الشجرى  (Tree System)، يمتد الخط الرئيسى من محطة الطلمبات إلى وسط القرية أو المدينة ويقل قطره كلما بعد عن المحطة، وتتفرع من هذا الخط أفرع أخرى إلى داخل الشوارع المتفرعة من الشارع الرئيسى، لتوزيع المياه، ومع أن هذا الأسلوب فى التخطيط يعتبر أرخص الطرق للتخطيط إلا أنه أقل استعمالا لوجود نهايات غير متصلة (ميتة Dead Ends) كثيرة، بالإضافة إلى تعرض مناطق كثيرة للحرمان من المياه فى حالة قفل خطوط المياه بسبب الإصلاح والصيانة، أو نتيجة حدوث كسر فى الخط الرئيسى، ويمكن استخدام هذا النظام فى القرى والتجمعات الصغيرة.

    ب)     التخطيط الدائـرى  (الحلقى)
    يعتبر التخطيط الدائرة (Circle System) تطويراً لنظام التخطيط الشجرى، مع توصيل نهايات الخطوط الرئيسية حول المدينة أو المنطقة حيث يمر الخط الرئيسى فى شارع يحيط بالمناطق القديمة، لتكوين دائرة أو حزام مقفل تتفرع منه خطوط فرعية فى الشوارع الجانبية، وذلك حسب تخطيط مسارات خطوط التوزيع ويستعمل هذا النظام فى تغذية القرى والمناطق الريفية، ويمتاز هذا النظام عن النظام السابق بقلة النهايات غير المتصلة، بالإضافة إلى عدم حرمان أى منطقة من الماء بسبب أى كسر بعيداً عن المنطقة، نظراً للتغذية من أكثر من أتجاه.

    ج )     التخطيط الشـبكى
    يفضل استخدام التخطيط الشبكى (Gridiron System) فى المدن السكنية، ويتكون هذا النوع من الشبكات من خط دائرى رئيسى يحيط بالمدينة أو المنطقة على هيئة حزام، بالإضافة إلى خطوط شبه رئيسية أخرى (ثانوية) تخترق الشوارع الرئيسية على ألا تزيد المسافة بين أى ماسورتين رئيستين عن كيلومتر واحد على أن تمتد بينهما خطوط فرعية للتوزيع، ويضمن هذا النوع وصول المياه إلى أى منطقة من اتجاهين، كما يجعل المياه دائمة الحركة حيث تمر من جهة إلى أخرى ثم بالعكس طبقا للسحب والضغط فى جهتى الخط.
    وهذه الطريقة، وإن كانت عالية التكاليف، إلا أنها تعتبر أفضل من الطرق السابقة نظراً لضمان الإمداد بالمياه دون توقف أو انقطاع، وضمان ملائمة توزيع الضغوط بالإضافة إلى مقاومة الحريق.
    وعموما فإن نظام توزيع ونقل المياه لأى مدينة يمكن أن يجمع بين أكثر من نظام حسب تخطيط المدينة أو التجمع العمرانى.  ويوضح الجدول التالى مقارنة بين الأنظمة المختلفة.

    مقارنة بين أنظمة تخطيط شبكات المياه
    عناصر المقارنة
    الشجرى
    الدائرى
    الشبكى
    التكلفة
    قليلة
    متوسطة
    عالية
    النهايات الميتة
    كثيرة
    متوسطة
    لا توجد
    نطاق تأثير كسر أحد المواسير
    كبير
    متوسط
    محدود
    جودة المياه
    ضعيفة
    متوسطة
    عالية
    ضغوط المياه
    منخفضة
    متوسطة
    عالية


    3
    الفصل الثالث

    منشآت تخزين مياه الشرب

    الغرض من منشآت تخزين مياه الشرب

    يتم الاحتفاظ بطاقة تخزينية من مياه الشرب بعد تنقيتها فى محطة التنقية، وفى بعض الأماكن المتفرقة من التجمعات السكنية أو المدن (على الشبكة) وتكون معدة لتوزيع المياه، وذلك للأغراض الأساسية الآتية:
    أ )  موزانة التغير فى سحب المياه خلال ساعات اليوم الواحد.
    ب)     تشغيل محطات ضخ المياه بشكل اقتصادى ومنتظم، إما بمعدل ثابت أو متغير، لفترة أو فترتين على الأكثر خلال اليوم الواحد.
    ج)    توفير كمية احتياطية من الماء النقى (مياه الشرب) لمواجهة أى طارئ مثل:
    §       عدم استمرارية تشغيل محطة التنقية طوال الـ 24 ساعة.
    §       عدم استمرارية تشغيل محطات الضخ لمدة 24 ساعة حيث أنها تعمل غالبا فى القرى أو فى المدن الجديدة لمدة محدودة (12-16 ساعة فى اليوم، أى تتم التغذية بمياه الشرب على فترات متقطعة).
    §       حدوث كسر فى خط المياه الرئيسى الناقل للمياه.
    §       حدوث أى عطل فى وحدات محطة التنقية أو الضخ لفترة قصيرة.
    §       مواجهة حدوث حرائق بالتجمع السكنى.
    د)      تحقيق السيطرة وانتظام الضغوط فى الشبكة.
    هـ)    المساهمة فى خفض السعة الإنتاجية لمحطة التنقية، مما يساعد على الاقتصاد فى الاستثمارات وفى الطاقة الكهربائية.
    و )              إتاحة فرصة تفاعل مادة التعقيم (الكلور) لإزالة التلوث قبل ضخ المياه للاستهلاك (يتم ذلك فى الخزان الأرضى).

    أنـوع الخزانات
    تستخدم الخزانات الأرضية أو الخزانات العالية، وتكلفة إنشاء النوع الأول أقل من تكلفة إنشاء النوع  الثانى فى حالة التساوى فى السعة، بالإضافة إلى أن طاقته التخزينية أكبر، إلا أن الخزانات العالية تعمل على تنظيم الضغوط فى شبكة التوزيع.

    الخزان الأرضـى
    الغرض من الخزان الأرضى أو خزان المياه المرشحة هو استقبال المياه بعد خروجها من المرشحات، وتغذية محطات الضغط العالى التى تدفعها فى شبكات التوزيع، ويبنى هذا الخزان عادة تحت سطح الأرض بالقرب من مبنى المرشحات، على أن تكون سعته كافية لاستيعاب تصرف المدينة لمدة 6-8 ساعات، وفى هذه الحالة يعتبر الجزء المجاور لدخول المياه كخزان تلامس بين المادة المعقمة والمياه لإتمام عمليات التعقيم، وتتراوح هذه المـدة بين 20-30 دقيقة، وقد تبنى خزانات المياه الأرضية تحت المرشحات مباشرة، إلا أنه لا يفضل ذلك نظراً للصعوبات الإنشائية التى تعترض التنفيذ ويكتفى بتخزين مياه غسيل المرشحات فقط، وقد تبنى الخزانات فوق سطح الأرض فى المناطق المرتفعة الموجودة بالتجمعات السكنية أو القريبة منها للاستفادة من فوق المنسوب الاستاتيكى.
    ويبنى الخزان بحيث تتدفق المياه فيه بانتظام فى كامل قطاعه، وذلك ببناء حوائط حائلة توجه المياه من المدخل إلى المخرج وتحول دون وجود مناطق تركد فيها المياه، وتبنى الخزانات غالبا من الخرسانة المسلحة، وتستخدم الحوائط الحائلة كدعامات للسقف والأرضية، ويزود السقف بفتحات للتهوية تغطى بسلك ذو عيون دقيقة أو بغطاء من الألومنيوم له شكل معين، بحيث يسمح بمرور الهواء أثناء عمليات الملء والتفريغ ويمنع دخول الأتربة والحشرات، وتكسى الحوائط والأرضية بطبقة عازلة من مونة أسمنت المخلوطة بمادة تمنع نفاذ المياه أو بأى مادة عازلة أخرى، وينحدر القاع إلى مواسير الصرف لإمكان تنظيف الخزان على فترات زمنية لضمان سلامة المياه، كما يفضل أن تمر المياه عند دخولها إلى الخزان على هدار أو حائط حائل، وبذلك يمكن تفريغ الخزان إلى منسوب الهدار فقط، فى حالة إصلاح ماسورة أو محبس المدخل، أما ماسورة المخرج فتوضع على ارتفاع 25سم من القاع، كما هو مبين فى الشكل رقم (3-1)، بينما توضع ماسورة الغسيل على القاع مباشرة، حتى يمكن تفريغ الخزان منها، أو تستخدم طلمبة غاطسة متحركة لتفريغ مياه الغسيل، وهى غير موضحة بالشكل.

    الخزان العالـى
    وهو من الوحدات الهامة فى أعمال توزيع المياه، ونادراً ما تخلوا أى مدينة من خزان عال أو أكثر، ويبنى من الخرسانة المسلحة ويستخدم أساسا فى حفظ ضغط كاف فى شبكة التوزيع، ولتخزين المياه فى حالة معدلات الاستهلاك المنخفضة من أجل استخدامها فى حالة معدلات الاستهلاك الكبيرة (للموازنة)، ولإطفاء الحرائق، ويتم تحديد سعة الخزان حسب الغرض من استخدامه (للموازنة أو للتخزين)، كما هو موضح بالشكل رقم (3-2).
    ويتصل الخزان العالى بشبكة التوزيع بواسطة ماسورة رأسية لتغذيته بالمياه وكذلك لتغذية شبكة التوزيع بالماء منه، وهناك نوعان من الخزانات العالية هما:
    -      الخزان الأنبوبى (Standpipe Tank).
    -      خزان الموازنة العالى (Elevated Tank).

    أ )      الخزان الأنبوبى
    هو عبارة عن وعاء اسطوانى من ألواح الصلب أو الخرسانة المسلحة، ذو قاع مستو ويستقر على أساس من الخرسانة المسلحة، ويستخدم الخزان فى الاحتفاظ بالمياه من منسوب سطح الأرض إلى أعلى الخزان، (أى أن جميع حجمه مملوء بالمياه).
    ويعمل هذا الخزان على زيادة الضغط فى الشبكة عن طريق توفير كمية تخزين إضافية فوق المنسوب المطلوب لتوفير الضغط المطلوب للشبكة أما المياه المتبقية أسفل هذا المنسوب، فتستخدم ككمية إضافية للتخزين يمكن استعمالها مع طلمبات رفع مساعدة فى مكافحة الحرائق، وذلك عند استخدام عربات الإطفاء.
    ويزود الخزان بماسورة تغذية، وماسورة خروج لتغذية التجمع السكنى تكون على منسوب منخفض مناسب للاستفادة من كمية التخزين، هذا بالإضافة إلى ماسورة لتصفية وتنظيف الخزان، وماسورة للفائض، وتزود المواسير بالمحابس والقطع الخاصة اللازمة للتركيب والتشغيل الآمن.
    ويتم إنشاء هذه الخزانات عادة من الصلب أو الخرسانة المسلحة، وتمتاز الخزانات المنشأة من الألواح الصلب بالآتى:
    -      سرعة الإنشاء والتركيب.
    -      إمكانية إنشائها بارتفاعات عالية.
    -      سهولة منع التسرب عند حدوثه.
    -      قلة تكاليف إنشائها الأولية نسبياً.
    -      قلة مساحة الأرض المطلوبة للإنشاء.
    هذا، مع ملاحظة أن معدل زيادة تكاليف إنشاء هذا النوع من الخزانات يزداد كلما زاد ارتفاعها نظراً لضرورة تحقيق متانة الجدران، بحيث تكون بالسمك الكافى لحمايتها ضد الاجهادات الناتجة عن الرياح ووزن الماء والتى تتناسب مع قيمة مربع الارتفاع، ولذلك فهى تفضل فى حالات صغر كمية المياه المطلوب تخزينها.
    أما مميزات وعيوب الخزانات المبنية بالخرسانة المسلحة، فيمكن تلخيصها فيمايلى:
    -      قلة تكاليف الصيانة فى حالة إنشائها بعناية.
    -      طول مدة الإنشـاء.
    -      عدم ارتفاع تكاليف تحسين مظهرها بالأساليب المعمارية.
    -      كبر مساحة الأرض المطلوبة للإنشاء.
    إلا أنه يجب مراعاة إنشاء هذه الخزانات من الخرسانة المسلحة غير المنفذة للمياه، وذلك للضغوط الأقل من 15 متراً، حيث أنه من الصعب تنفيذها لتحمل ضغط أكبر إلا بمواصفات وأساليب إنشاء مكلفة.

    ب)     خزان الموازنة العالى
    وهو مرتفع عن سطح الأرض، وهو منشأ من الخرسانة المسلحة، على أعمدة أو محور اسطوانى لإضفاء جمال على المنظر المعمارى.
    ويبين الشكل رقم (3-3) بعض الأشكال المعمارية المختلفة لتلك الخزانات التى تستخدم أساسا لتوفير ضغط مناسب فى شبكة التوزيع، يسمح بالإمدادات العمرانية الجديدة بالإضافة إلى توفير كمية من المياه المخزونة لموازنة معدلات الاستهلاك مع الإنتاج.

    ويعتبر الخزان العالى أرخص من الخزان الأنبوبى لكل وحدة حجوم من السعة التخزينية، كما أنه يفى بمتطلبات الضغط التى تستلزم وجود ضغط مناسب خاصة فى حالة وجود مبان مرتفعة فى منطقة الخدمة.
    وتكون ماسورة المياه المغذية للخزان العالى عادة هى نفسها الماسورة المغذية للشبكة من الخزان، أى أنها صاعدة وهابطة فى آن واحد، ويزود الخزان العالى بالصمامات (المحابس) والوصلات التالية:
    §       صمام حجز (تحكم) Sluice Valve فى أسفل الماسورة، يقفل عندما يراد حجز الماء عن حلة التخزين للتنظيف أو الإصلاح.
    §       صمام عوامة (Float Vlave) أعلى الماسورة، حيث تدخل المياه إلى الحلة (حيز التخزين) عندما يزيد معدل ضخ الطلمبات عن معدل استهلاك الماء فى المدينة، والغرض من هذا الصمام هو تنظيم دخول الماء بحيث يقفل الصمام تماما إذا ما وصل الماء فى الحوض إلى منسوب معين، ويجب أن يكون صمام العوامة من النوع كبير الحجم والغير قابل للصدأ.
    §       صمام عدم رجوع (Non-Return Valve) مركب على فرع ما بين الماسورة الرأسية وقاع الخزان، ويسمح هذا الصمام بخروج الماء من الحوض إلى الماسورة الرأسية (وليس بالعكس) عندما يزيد معدل استهلاك الماء عن معدل ضخ الطلمبات.
    §       صمام حجز مركب على نفس الفرع ويقفل عندما يراد إيقاف صرف الماء من الحلة إلى شبكة التوزيع عن طريق الماسورة الراسية، كما هو الحال عند غسيل الحلة بعد إصلاحها.
    كما يتصل الخزان، عن طريق ماسورة رأسية أخرى تسمى ماسورة الفائض والغسيل، بشبكة الصرف (Sewerage System) فى المدينة اتصالاً غير مباشر، ويجب أن تكون ماسورة الخروج أعلى من ماسورة الصرف بمقدار 1.0 متر على الأقل، أى يكون تساقط المياه عند الخروج تسـاقط حر لإمكان صرف المياه من الحوض بعد غسيله، ويركب على هذه الماسورة مايلى:
    -      هدار خروج الماء الفائض، والغرض من خروج المياه الزائدة عن منسوب معين عند حدوث خلل فى صمام العوامة السابق ذكره وعدم حدوث فيضان للخزان، وهذا الهدار موجود فى أعلى الماسورة.
    -      صمام حجز مركب على فرع ما بين ماسورة الفائض والغسيل وقاع الخزان، وهذا الصمام يظل مغلقا ما دام الخزان العالى مستعملا، ويفتح فقط لصرف الماء من الحلة عند غسيلها.
    -      كما تتصل الماسورتان الرأسيتان: ماسورة التغذية وماسورة الفائض والغسيل بواسطة فرع أفقى مركب عليه صمام أمان يفتح آليا إذا زاد الضغط فى الماسورة الرأسية المغذية عن حد معلوم (حوالى ضغط عشرة أمتار زيادة عن منسوب الماء فى الخزان) نتيجة حدوث مطرقة مائية أو تشغيل الطلمبات فجأة، وكلتا الماسورتين الرأسيتين وفروعهما من الصلب، ووصلاتهما من نوع المواسير ذات الشفة المربوطة بمسامير، ولما كانت هاتان الماسورتان مكشوفتين ومعرضتين للتقلبات الجوية، فإنه يجب تركيب وصلة تمدد على كل منهما لمقاومة الاجهادات الناتجة عن اختلاف درجات الحرارة من وقت لآخر (شكل رقم 3-4).
      
    سعة التخزيـن
    يتم تحديد السعة التخزينية بغرض الموازنة خلال دورة الملء والتفريغ وذلك على أساس:
    -      الفرق بين أعلى وأقل احتياج (التغير فى الاستهلاك).
    -      التخزين الاحتياطى المطلوب لإطفاء الحرائق.
    -      سعة الضخ الاحتياطى.
    ويتم التخزين عادة باستخدام الخزانات الأرضية والعلوية معا بحيث يغطى كل منهما جزءاً من التخزين الكلى المطلوب.

    سعة التخزين الأرضى
    يتم حساب حجم التخزين الأرضى بحيث يفى بالاحتياجات التالية:
    -      الفرق بين أقصى استهلاك يومى وأقصى استهلاك شهرى (التصرف التصميميى).
    -      حجم تخزين للطوارئ من أربع إلى عشر ساعات من الإنتاج اليومى.
    -      الزمن اللازم للتلامس بين الكلور والماء للتعقيم (30 دقيقة).
    وتضاف كمية التخزين لمياه مكافحة الحريق إلى أكبر كمية من الثلاث كميات الأخرى.
    وطبقا للمواصفات المصرية، فإن كمية الحريق يمكن تقديرها على أساس احتياج 60 متر مكعب/ساعة للحريق الواحد وزمن الحريق لمدة ساعتين، وذلك لكل 10000نسمة.
    60 م3/ساعة  ×  2 ساعة  ×  عدد السكان (نسمة)       متر3         10000
                        10000 (نسمة)
    إذن كمية المياه المطلوبة للحريق =                               


    سعة التخزين العلوى
    فى المناطق الصغيرة التى لا يتجاوز تعدادها مائة ألف شخص، يبنى الخزان العلوى بحيث تكون سعته تساوى احتياجات المدينة لمدية تتراوح بين 8-10 ساعات، وهو الوقت الذى قد تتوقف فيه محطة الطلمبات عن الضخ يوميا عند تشغيلها فترة النهار فقط وإيقافها فى المساء.


    أما فى المناطق الكبيرة، التى يتراوح تعدادها ما بين مائة ألف شخص ونصف مليون شخص، فيكتفى بأن تكون سعة الخزان مساوية لاحتياجات المدينة مدة تتراوح بين ساعتين وأربع ساعات، وذلك نظراً لتشغيل محطة الطلمبات ومحطة التنقية 24 ساعة يوميا فى مثل هذه المناطق.

    أما فى المناطق الأكبر من ذلك، والتى يتعدى تعدادها مليون شخص، فقد يستغنى كلية عن الخزان العلوى إذا توافرت قوة احتياطية من الطلمبات فى محطة الضغط العالى يمكنها أن تفى باحتياجات المدينة القصوى فى أى وقت، أى أن الطلمبات لن يتم تشغيلها بأقصى طاقتها إلا فى فـترات قليلة طوال العام، ولذلك فإن مثل هذا النظام يعتبر أكثر تكلفة من المشروعات التى تشمل إنشاء خزانات المياه العالية، مما يجعله غير متبع فى كثير من الأحوال، وإن كان يفضل إنشاء خزان عالى أو أكثر ليفى باحتياجات المياه اللازمة لمكافحة الحريق وللطوارئ.
    ولحساب سـعة الخزان بدقـة، لابد من دراسة معدل استهلاك المدينة للمياه والتغييرات التى تحدث فيه من ساعة إلى ساعة فى نفس اليوم، ورسم منحنى تجميعى (Mass Curve) لهذا المعدل، كما يرسم على نفس الشكل المنحنى التجميعى لضخ الطلمبات، فإذا كان معدل الضخ منتظما، كان المنحنى التجميعى للضخ عبارة عن خط مستقيم (شكل رقم 3-5)، أما إذا كانت الطلمبات تعمل لساعات محدودة كل يوم، يكون المنحنى التجميعى للضخ عبارة عن خط مستقيم أيضا ويجب ملاحظة أن مجموع الاستهلاك الكلى للمياه لابد أن يكون مساويا للضخ الكلى للطلمبات سواء كان الضخ منتظما أو غير منتظم.
    وفى حالة انتظام معدل الضخ يرسم خطان مماسان للمنحنى التجميعى للاستهلاك موازيين للخط التجميعى للضخ، وبذلك تكون المسافة الرأسية بين المماسين مساوية للسعة اللازمة للخزان العلوى كما هو موضح بالشكلين السابقين.
    أما فى حالة عدم انتظام معدل الضخ فى اليوم، فإن مجموع أكبر بعدين رأسيين بين المنحنى التجميعى للضخ والاستهلاك (أحدهما واقع فوق منحنى الاستهلاك والآخر تحته يكون مساويا لسعة الخزان) (شكل رقم 3-6) وفى حالة الاستغناء عن التخزين العالى يلزم تشغيل الطلمبات طوال الوقت وبمعدلات متغيرة طبقا للاحتياج الفعلى، ولا يفضل اتباع هذه الطريقة لصعوبة التطبيق.
    ويضاف إلى كمية التخزين السابق حسابها كمية لا تقل عن 20% من كمية المياه المطلوبة، وذلك لإطفاء الحرائق بحيث تكون متاحة للاستعمال الفورى عند الحاجة إليها.



    إختيار موقع الخزان العالى
    عند تحديد موقع بناء الخزان العالى توجد عدة اختيارات لكل منها مميزاته وعيوبه، كما يوجد خيار بناء عدة خزانات للمدينة الواحدة وذلك على النحو التالى:
    §       أن يكون الموقع بالقرب من محطة الطلمبات، إلا أن عيب هذا الاختيار يمتثل فى ارتفاع الضغط فى شبكة المواسير باستمرار بالقرب من الخزان، وانخفاض الضغط باستمرار فى الجانب الآخر من المدينة، الآمر الذى قد يستدعى إنشاء محطة ضغط مساعدة (Booster).
    §       أن يكون الموقع فى الجانب الآخر للمدينة بالنسبة لمحطة الطلمبات، ويمتاز بإمكانية إمداد المدينة بالمياه من جانبيها عند زيادة الاستهلاك، إلا أن الضغط فى المواسير بالقرب من محطة الطلمبات يكون متغيرا تغيرا كبيراً، فيكون أقصاه عند عمل الطلمبات ويكون أدناه عند توقف الطلمبات وإمداد المدينة بأكملها من الخزان العلوى.
    §       أن يكون فى موقع متوسط بالنسبة للمدينة، ويمتاز هذا الاختيار بحفظ ضغط يكاد يكون ثابتا فى مواسير المدينة إلى فى الجزء الواقع ما بين محطة الطلمبات والخزان العلوى.
    §       بناء أكثر من خزان علوى فى المدينة، وهذا يستدعى دراسة أعمق لتوزيع استهلاك المياه فى المناطق المختلفة للمدينة، ودراسة ارتفاع هذه الخزانات وطريق توصيلها مع بعضها وطريقة رفع المياه إلى كل منها، ونتيجة لهذه الدراسات تتبع إحدى الطريقتين الآتيتين:
    أ - إنشاء خزان علوى رئيسى بالقرب من محطة الطلمبات، على أن تقسم المدينة إلى مناطق لكل منها خزان علوى فرعى يستمد مياه من ماسورة رئيسية من الخزان العلوى الرئيسى مباشرة أو من خزان علوى فرعى مجاور، ويعب هذه الطريقة تعرض الأجزاء الأولى لشبكة التوزيع القريبة من الخزان العلوى الرئيسى لضغوط عالية، مما يستدعى استخدام مواسير مرتفعة الثمن تتحمل هذه الضغوط.
    ب- إنشاء مجموعة من الخزانات العلوية المستقلة عن بعضها، على أن تنشأ بجوار كل خزان محطة طلمبات تسحب المياه من ماسورة المياه الرئيسية وترفعها إلى الخزان العالى المجاور لها، ومن ثم تخرج المياه من الخزان لتغذية شبكة التوزيع بالمنطقة المحيطة به، ويعيب هذه الطريقة مايلى:
    ·  لا تستخدم الماسورة الرئيسية لتوزيع المياه فى المناطق مباشرة، بل تستخدم فقط لتغذية الخزانات.
    ·  كثرة محطات طلمبات الرفع المساعدة التى يصل مجموع قوتها إلى مايزيد عن قوة المحطة الرئيسية للرفع.
    ·  ضرورة تواجد طاقة محركة لمحطة طلمبات الضخ فى موقع الخزانات.
    ·   
    إلا أنها تتميز بالمزايا الآتية:
    -      تساوى ارتفاع الخزانات.
    -      الضغط فى جميع أنحاء الشبكة.
    -      استعمال مواسير تتحمل ضغوطاً خفيفة نتيجة لعدم تعرض شبكة التوزيع لضغط عال.

      

    4
    الفصل الرابع

    محطات طلمبات الضغط العالـى

    التصرف التصميمى لمحطة الطلمبات
    تقوم طلمبات محطة الضغط العالى برفع المياه من بيارة المياه بمحطة التنقية وضغطها فى المواسير الموزعة فى المدينة على ألا يقل الضغط فى أى نقطة فى شبكة المواسير عن 25 متراً وخاصة فى أطراف المدينة.

    ويتوقف التصرف الذى تصمم عليه محطة طلمبات الضغط العالى على العوامل الآتية:
    §          عدد السكان الذين يخدمهم المشروع.
    §          متوسط الاستهلاك السنوى (لتر/شخص/يوم).
    §          التغيرات الموسمية  التى تحدث فى هذا المتوسط صيفاً وشتاءاً.
    §          التغيرات من ساعة إلى ساعة فى نفس اليوم للاستهلاك فى المدينة.
    §          سعة خزانات المياه العالية.
    §          ساعات تشغيل محطة الطلمبات نظراً لأن هناك بعض الأحوال التى يفضل فيها تشغيل المحطة ساعات معدودة من اليوم بدلاً من تشغيلها 24 ساعة يومياً.

    ومن الناحية النظرية يمكن الاستغناء كلية عن الخزانات العالية، إذا أمكن زيادة أو نقص التصرف الخارج من المحطة كلما تغير معدل استهلاك المياه فى المدينة، وفى هذه الحالة يجب أن يكون التصرف التصميميى للمحطة يساوى أقصى تصرف للمدينة (Peak Demand Load) مما يجعل عدداً كبيراً من وحدات المحطة عاطلا معظم أيام العام، وهذا لا يتفق مع الجانب الاقتصادى للمشروع.



    ويفضل غالباً أن يكون التصرف التصميميى لمحطة الطلمبات هذه مساوياً للتصرف اليومى أثناء فترة الصيف، على أن يؤخذ فى الاعتبار إضافة وحدات رفع احتياطية (Stand by Units) للعمل وقت تعطل بعض الوحدات، على أن يتراوح تصرف هذه الوحدات الاحتياطية ما بين ثلث ونصف تصرف الوحدات الأساسية، ضماناً لاستمرار تشغيل المحطة  على أن تعمل جميع الوحدات طوال العام بالتناوب، وفى هذه الحالة تصمم الخزانات العالية لتقابل التغيرات من ساعة إلى ساعة فى نفس اليوم  فعندما يكون استهلاك المدينة أقل من تصرف محطة الطلمبات، يرتفع جزء من الماء فى الخزانات العالية، حتى إذا ما كان استهلاك المدينة أكبر من تصرف محطة الطلمبات وجدنا رصيداً من المياه فى الخزانات العالية، يخرج منها بالانحدار الطبيعى إلى شبكة التوزيع، ليعوض النقص فى تصرف محطة الطلمبات.

    أنواع الطلمبات المستعملة
    تستعمل فى محطة الضغط العالى أما طلمبات ماصة كابسة (Displacement Pumps) أو طلمبات طاردة مركزية (Centrifugal Pumps) .
    الضغط الذى تعمل ضده الطلمبات:
    هذا الضغط يساوى الفرق بين منسوب المياه فى بيارة المياه النقية ومنسوب الطلمبة وهو ما يسمى (Suction Head ( مضافاً إليه الضغط الواجب تواجده فى شبكة المياه (hd) وهو ما اتفق على أن يكون كافياً لتوصيل المياه إلى الطابق الرافع فى المنازل (ولا يقل عن 25 متراً) هذا الضغط عبارة عن:
    §          14 متر       ارتفاع منزل ذو أربعة طوابق.
    §          5 متر الفاقد فى عامود الضغط داخل المواسير المنزلية.
    §          6 متر عامود الضغط اللازم على الصنابير فى المنزل.
    §          25 متر       المجموع (ويفضل أن لايقل عن ثلاثين متراً).

    يضاف إلى ذلك أيضا الفاقد فى الاحتكاك (hf) فى شبكة التوزيع نتيجة سير المياه من محطة الطلمبات إلى أقصى مكان فى المدينة بالإضافة إلى الفواقد الثانوية فى شبكة التوزيع (hm) أى أن:
    H = Hs + hd + hm + hr                              (4-1)
    حيث:

    H       :     الضغط الكلى الذى تعمل به محطة الطلمبات (متر).
    hs      :     الفرق بين منسوب المياه فى البيارة ومنسوب الطلمبات (متر).
    Hd    :    عامود الضغط اللازم فى شبكة المواسير فى أبعد موقع فى المدينة ويساوى كما ذكر أعلاه 25 متراً.
    Hr     :     الفاقد فى الاحتكاك فى شبكة التوزيع (متر).
    Hm    :     الفواقد الثانوية فى شبكة التوزيع (متر).
    وبذلك تكون قوة الطلمبات مقدرة بالحصان الميكانيكى.
                                                  (4-2)
    حيث:
    P       :        قوة الطلمبات بالحصان الميكانيكيى.
    W     :        كتلة الماء المرفوع فى الثانية بالكيلوجرام.
    H      :        الضغط الكلى بالمتر.

    موقع الطلمبات بالنسبة لمنسوب المياه فى البيارة
    من المستحسن دائما أن تكون الطلمبات فى منسوب أقل من منسوب المياه فى البيارة، لتفادى حدوث ضغط أقل من الضغط الجوى فى ماسورة السحب، إذ أن هذا الضغط الأقل قد يسبب تسرب الهواء داخل الماسورة أو تصاعد الغازات الذائبة فى المياه منها، مما يؤدى إلى تواجد فقاقيع من الهواء قد تتجمع فى الماسورة مسببة اضطراباً فى عنبر الطلمبات ونقصا فى تصرفاتها، على أن تزود كل طلمبة بالصمامات وأجهزة القياس للتصرف والضغط.

    ألا أن هناك بعض الأحوال التى يتعذر فيها وضع الطلمبات فى منسوب أقل من منسوب المياه فى البيارة وفى هذه الحالة يجب مراعاة الآتى:
    §          ماسورة السحب يجب أن تكون مستقيمة ما أمكن.


    §          ماسورة السحب يجب ألا تحتوى على منحنيات رأسية لاحتمال تجمع الغازات المتسربة إلى الماسورة فى هذه المنحنيات.
    §          ألا يزيد ارتفاع منسوب الطلمبة عن منسوب المياه فى البيارة عن قيمة Hs كما هى فى المعادلة الآتية:
    Hs = Ha – (Hv + Vh + Hf + Hm)                (4-3)
    حيث:
    Hs     :        الفرق بين منسوب الطلمبة ومنسوب البيارة.
    Ha     :        عامود الضغط الجوى بالمتر (10.33 متر).
    Hv     :         عامود ضغط بخار الماء بالمتر.
    Vh    :        طاقة سرعة المياه (Velocity Head) فى ماسورة السحب مقدرة بالمتر.
    Hf     :        الفاقد فى الاحتكام بالمتر (Friction Head).
    Hm    :        الفواقد الثانوية بالمتر (Secondary Losses).

    ولهذا فإنه من الواجب ألا يزيد عامود الرفع (Hs) عن ثمانية أمتار بل يفضل ألا يزيد عن ستة أمتار.

    القوى المحركة للطلمبات
    هناك أكثر من قوة يمكن استخدامها لتحريك الطلمبات:
    §          ماكينات الديزل.
    §          المحركات الكهربائية.

    وأكثر هذه القوى استعمالا فى الوقت الحاضر هو المحركات الكهربائية، إلا أنه يفضل دائماً أن يكون هناك أكثر من مصدر كهربائى لإدارة هذه المحركات، حتى إذا ما أنقطع التيار الكهربائى من مصدر أمكن الاعتماد على المصدر الثانى لإدارة المحركات.



    بل أنه زيادة فى الاحتياط فى بعض عمليات المياه الكبرى  تنشأ وحدة إدارة بالديزل كوحدة محركة احتياطية تعمل عند انقطاع التيار  كل هذا حتى نتأكد من عدم توقف تشغيل محطة تنقية المياه مهما حدث من أعطال.
    على أنه يمكن حساب قوى المحرك بالحصان الميكانيكيى (M.H.P.) بالمعادلة الآتية:
                                     (4-4)
    حيث:
    Q      :        التصرف باللتر فى الثانية.
    H      :        عامود الرفع الكلى (احتكاك + رفع).
    E1     :        كفاءة جودة الطلمبة = 60% - 70%.
    E2     :        كفاءة جودة المحرك = 80% - 90%


    المحابس على مداخل ومخارج الطلمبات
    للتحكم فى تشغيل الطلمبات يجب أن تزود كل طلمبة بالمحابس الآتية:
    §          صمام (Foot Valve) ويوضع فى مدخل ماسورة السحب أو الطلمبة عند توقف الطلمبة عن العمل وبذلك لا يحتاج إلى تحضير عند بدء تشغيلها مرة ثانية.
    §          صمام حجز (Sluic Valve) ويوضع عند مدخل الطلمبة والغرض منه التحكم فى سير المياه، وغلق الماء عن الطلمبة عند إصلاحها.
    §          صمام عدم رجوع (Non-return Valve) ويوضع على مخرج الطلمبة مباشرة والغرض منه منع سير المياه فى اتجاه عكسى عند توقف الطلمبة عن العمل فجأة نتيجة توقف التيار الكهربائى مثلاً أو خلل فى المحرك.
    صمام حجز ويوضع بعد الصمام المرتد والغرض منه التحكم فى سير المياه وغلق الماء عن الطلمبة عند إصلاحها أو إصلاح صمام عدم الرجوع ومن ذلك يتضح أنه يجب غلق محبسى الحجز إذا أريد إصلاح أى من الطلمبة أو صمام عدم الرجوع  وبذلك لا تصل المياه إلى الطلمبة عن أى طريق.


    أجهزة القياس فى محطة الطلمبات
    يجب أن يركب على كل طلمبة الأجهزة الآتية لقراءة الضغط والتصرف المار فى كل طلمبة.
    §          جهاز قياس التصرف Flow Meter.
    §          جهاز قياس ضغط السحب Suction head gauge.
    §          جهاز قياس ضغط الطرد Delivery Head gauge.

    كما يجب أن يوجد بالإضافة إلى ذلك جهاز لتسجيل ضغط الطرد والتصرف الكلى لمحطة الطلمبات، وهذا الجهاز يُسجل على ورق بيانى (يتبدل يومياً) جميع هذه البيانات للرجوع إليها عند الرغبة فى ذلك.


    5
    الفصل الخامس

    التصميم الهيدروليكى لشبكات توزيع مياه الشرب

    مقدمة

    يتناول هذا الفصل التصميم الهيدروليكى لشبكات التوزيع. ويشمل ما يلى:
    1. اعتبارات التصميم الهيدروليكى
    2. المعادلات الهيدروليكية التى تربط بين المتغيرات الرئيسية
    3. خطوات التصميم الهيدروليكى
    4. حساب الضغوط فى أجزاء الشبكة
    5. التصميم باستخدام الحاسب الآلى
    6. القطر الاقتصادى للمواسير

    اعتبارات التصميم الهيدروليكى

    نستعرض فيما يلى اعتبارات التصميم الهيدروليكى الأساسية، وتشمل:
    1. التصرف التصميمى
    2. الضغوط التصميمية
    3. السرعات التصميمية

    التصرف التصميمى

    من البديهى نتيجة لاختلاف معدل استهلاك المياه فى أى تجمع سكنى، من شهر لآخر، ومن يوم لآخر، بل وخلال ساعات اليوم الواحد؛ أن يتم تصميم مشروعات المياه بحيث يمكن لمرفق المياه مواجهة الاحتياجات المائية المختلفة للسكان. ولكل نوع من أنواع تخطيط شبكات توزيع المياه النقية. ونتناول فيما يلى التصرف التصميمى لكل من حالة التخطيط الشبكى وحالة التخطيط الشجرى والدائرى لشبكة التوزيع.

    أولا: التصرف التصميمى فى حالة التخطيط الشبكى

    -  تصمم خطوط المواسير الرئيسية (الناقلة للمياه من محطة الضخ – أو التنقية – حتى بداية الشبكة داخل المدينة أو القرية) على أساس أقصى تصرف يومى مضافا إليه تصرف الحريق. وذلك على أساس أن معدل الضخ ثابت على مدار اليوم. أما إذا كان الضخ لفترة محدودة (16 ساعة مثلا)، فيتم تعديل التصرف التصميمى وفقا لظروف التشغيل، وذلك باستخدام الخزانات العالية لتلبية التغير فى احتياجات المياه خلال ساعات اليوم، وخلال ساعات التوقف عن الضخ (غالبا ساعات الليل).
    - تصمم خطوط المواسير الثانوية (الموجودة داخل التجمع السكنى) على أساس أقصى استهلاك فى الساعة، أو معدل الاستهلاك اليومى مضافا اليه تصرف الحريق، أيهما أكبر.
    - تصمم خطوط التوزيع الفرعية على اساس التصرف المطلوب لإطفاء الحرائق، وهو تصرف يختلف بإختلاف عدد السكان. ويوضح الجدول رقم (5-1) احتياجات الحريق فى مصر بالنسبة لعدد السكان.


          جدول رقم (5-1) : معدلات التصرف المطلوبة لإطفاء الحرائق
    م
    عدد السكان
    (نسمة)
    التصرف المطلوب لإطفاء الحريق
    (لتر/ث)
    1
    حتى 5000
    20-30
    2
    5000-10000
    25-35
    3
    10000-20000
    30-40
    4
    20000-30000
    35-45
    5
    30000-50000
    40-50
    6
    50000-100000
    45-75
    7
    أكثر من 200000

    50-100

     

     

     

    ثانيا: التصرف التصميمى فى حالة التخطيط الشجرى والدائرى

    يتم تصميم الشبكات على أساس متوسط الاستهلاك اليومى مضروبا فى معامل الذروة. ويتوقف هذا المعامل على عدد السكان وصفات المنطقة المراد تغذيتها سواء كانت حضرية (مدنا) أو ريفية، كما هو مبين فى الجدول رقم   (5-2).

           جدول رقم (5-2) : قيم معامل الذروة المستخدم فى حساب التصرف التصميمى
                                    فى حالة التخطيط الشجرى والدائرى
    م
    عدد السكان
    (نسمة)
    حضر
    ريف
    (قرية واحدة أو مجموعة قرى)
    1
    حتى 50000
    2.25
    2.0
    2
    50000-10000
    2
    1.80
    3
    100000-500000
    1.80
    1.60
    4
    500000-1000000
    1.60-1.40
    -
    5
    1000000 فأكثر
    1.40-1.20
    -

     

    الضغوط التصميمية

    تتبع خطوط مواسير المياه عند إنشائها عادة طبيعة سطح الأرض، حيث يتم إنشاؤها قريبة منه، وعلى عمق يتراوح بين 1.0 و 3.0 متر طبقا لقطر الماسورة. ومع استمرار خط المواسير فى السير بعيدا عن محطة طلمبات الضغط العالى أو محطة التنقية أو الخزان العالى، يقل الضغط فى الخط. لذا يجب توقيع (رسم) خط الميل الهيدروليكى، والذى يبين ضغط المياه فى خط المواسير تحت ظروف التشغيل المختلفة، فوق القطاع الطولى لخط المواسير وعلى مدى طوله، للتمكن من معرفة الضغوط عند النقط المختلفة فى الشبكة.
    ونتناول فيما يلى الضغوط التصميمية لكل من الخطوط الناقلة (الحاملة للمياه)، وشبكات التوزيع.



    أ – الضغوط التصميمية للخطوط الناقلة

    فى بعض الحالات التى تكون فيها محطة التنقية أو الخزان على منسوب عال بالنسبة للمدينة، بحيث يسير الماء فى الماسورة الرئيسية دون حاجة إلى محطة ضخ كما فى الشكل رقم (5-1)، يجب ألا يقل ضغط التشغيل (أو الضغط المتبقى) فى اى نقطة على الخط عن أربعة أمتار.

     

    ب – الضغوط التصميمية لشبكات التوزيع

    نتيجة للاعتبارات الاقتصادية لأطوال شبكات الإمداد بالمياه يتم اختيار الضغوط التصميمية لشيكات التوزيع على النحو التالى:
    -        فى المدن والتجمعات السكنية التى يتراوح متوسط ارتفاع مبانيها بين ثلاثة وأربعة أدوار (حوالى 15 مترا)، لا يقل الضغط المتبقى فى الشبكة عادة عن 25 مترا فوق أعلى وأبعد منسوب للأرض فى ساعات الاستهلاك الأقصى، على أن يصل الماء إلى الأدوار العلوية تحت ضغط قدره خمسة أمتار.
    -        فى التجمعات السكنية التى تتكون معظم مبانيها من دور واحد أو دورين، عادة لا يقل الضغط المتبقى فى الشبكات عند أقصى معدلات استهلاك فوق أعلى منسوب لسطح الأرض عن 15 مترا، أو ما يحقق، على الأقل، الضغط المناسب لتشغيل حنفيات الحريق.
    -        فى المناطق التجارية والصناعية، يفضل ألا يقل الضغط عن 30-40 مترا.
    -         
    وعموما لا يفضل استخدام ضغوط مرتفعة تزيد عن الحاجة الضرورية للشبكة، حيث أن ذلك قد يؤدى غلى المزيد من التسرب فى الشبكة، وإلى استخدام مواسير غالية الثمن لتتحمل هذا الضغط. لذلك يجب مراعاة أن تفى الضغوط بالمطلوب فقط.

    السرعات التصميمية

    يتم اختيار سرعات سريان الماء فى المواسير تبعا لظروف التصميم. وتتراوح قيمة السرعات عند التصرفات التصميمية من 0.8 م/ث إلى 1.5 م/ث. وتؤخذ فى المتوسط فى حدود 1.00 م/ث.

    المعادلات الهيدروليكية التى تربط بين المتغيرات الرئيسية

    يلزم لاستكمال أعمال التصميم الهيدروليكى لشبكات توزيع مياه الشرب، دراسة العلاقات التى تربط بين التصرف، والسرعة، وقطر الماسورة (أو مساحة القطاع الحامل للمياه)، ومعدل الفاقد فى الضغط نتيجة سريان الماء. وتوجد عدة معادلات هيدروليكية تربط بين تلك المتغيرات المختلفة، من أهمها ما يلى:
    1-    معادلة التصرف
    2-    معادلات حساب الفواقد الرئيسية

    معادلة التصرف

    تحدد معادلة التصرف التالية العلاقة بين كل من سرعة سريان المياه ومساحة مقطع الماسورة، وبين التصرف المطلوب نقله:
    Q = A x V                            (5-1)
    حيث:
    Q:       التصرف التصميمى المطلوب نقله                 (م3/ث)
    ٍV:      سرعة سريان المياه التصميمية                     (م/ث)
    A:       المساحة المائية لمقطع الماسورة =   عندما تكون الماسورة مملوءة بالمياه   (م2)
    D:       القطر الداخلى للماسورة                             (م)
    وبتحديد التصرف التصميمى والسرعة التصميمية من الاعتبارات السابق ذكرها يمكن باستخدام هذه المعادلة حساب مساحة مقطع الماسورة واستنتاج قطرها. وبالرجوع إلى بيانات الشركات المنتجة للمواسير، يتم اختيار أقرب أكبر قطر ليكون هو القطر المبدئى للماسورة.

    يمكنك تحميل الملف الالكتروني الذي به الشرح الكامل من الرابط التالي

    لمعاينة و تحميل كتاب الكتروني للشرح الكامل لتصميم شبكات المياه مكون من 108 صفحة