كيفية تحليل شبكات المياه
كيفية تحليل شبكات المياه، في ديناميكا الموائع، يعد تحليل شبكة المياه، عبارة عن تحليل تدفق السوائل من خلال شبكة هيدروليكية، والتي تحتوي على العديد من الفروع المترابطة.
ويكون الهدف تحديد معدلات التدفق وقطرات الضغط في الأقسام الفردية للشبكة، حيث أن هذه مشكلة شائعة في التصميم الهيدروليكي، تابعوا موقع مقال للتعرف على كيفية تحليل شبكات المياه.
نظام توزيع المياه
نظام توزيع المياه عبارة عن بنية أساسية هيدروليكية تتكون من عناصر، مثل الأنابيب وخزانات الخزانات والمضخات والصمامات وما إلى ذلك.
ومن الأهمية بمكان توفير مياه الشرب للمستخدمين النهائيين، وبالتالي، فإن إمدادات المياه الفعالة لها أهمية قصوى في تصميم شبكة توزيع جديدة للمياه، أو في توسيع الشبكة القائمة.
كان حساب التدفقات والضغوط في شبكة معقدة تحديًا كبيرًا واهتمامًا لأولئك المشاركين في التصاميم والبناء والصيانة لأنظمة توزيع المياه العامة.
كما أن تحليل وتصميم شبكات المياه (الأنابيب) يخلق مشكلة معقدة نسبيًا، خاصًة إذا كانت الشبكة تتكون من مجموعة من الأنابيب.
كما يحدث بشكل متكرر في أنظمة توزيع المياه في المناطق الحضرية الكبيرة، في غياب التسارع الكبير للسوائل.
أيضًا يمكن تحديد سلوك الشبكة بتسلسل من ظروف الحالة المستقرة، والتي تشكل مكونًا صغيرًا، ولكنه حيوي لتقييم مدى كفاية الشبكة.
هناك حاجة إلى مثل هذا التحليل في كل مرة يكون فيها نمط الاستهلاك أو التسليم المتغير مهمًا، أو إضافة ميزات.
مثل توفير المياه، إضافة مضخات معززة، صمامات تنظيم الضغط أو صهاريج التخزين، أو القيام بتغيير النظام.
شاهد أيضًا: كيفية الاستعلام عن فاتورة المياه
الأنواع المختلفة لشبكات توزيع المياه
تنشأ جميع شبكات توزيع المياه المتواجدة في جميع المدن بشكل أساسي من أنواع ثلاث من الأنابيب.
وهذه الأنابيب يتم تصنيفها تبعًا لما تقوم به، وهي كالتالي:
خطوط النقل أو الجر – Transmission lines
- وهذه الأنابيب هي التي تختص بنقل المياه من المصدر (خزانات التجميع الرئيسية)، وتوصيلها وتوجيها إلى منظومة التوزيع.؟
أنابيب التوزيع الرئيسية – Distribution mains line
- أما هذا النوع، فهو يختص بنقل المياه، وتوصليها إلى جميع المناطق المتواجدة في المدينة.
- أنابيب الخدمة – Service Pipes: وهي عبارة عن أنابيب منبعثة ومتشعبة من أنابيب التوزيع، وهي التي تعمل على نقل المياه منها مواقع الاستهلاك المختلفة.
تحليل أنابيب المياه
يمكن وصف تحليل أنابيب المياه على أنه إخضاع قوة تدفّق السوائل عبر شبكة هيدروليكا بواسطة التحليل.
وعلى وجه الخصوص، الشبكة التي تشتمل على العديد من الأفرع المتماسكة أو المتشابكة.
ويرجع السر خلف هذا التحليل إلى رصد نسب التدفق، وتعيين درجات هبوط الضغط داخل أقسام الشبكة الفردية.
ولكي يُصار إلى توجيه المياه إلى عدد من الأفراد المشتركين بنظام إمداد المياه في البلديات.
فيجب التأكيد على أن تتجه المياه عن طريق شبكة مياه عذبة، والتي تتكون من عدد من الأنابيب المتصلة.
ويقابل الشباكت من هذا النوع بعض المعضلات الخاصة بالتصميم الهيروليكي، والتي تسمى بـ “تحليل شبكات الأنابيب”.
ولحل هذه المشكلة، عادًة ما يستعمل برنامج حاسوبي، يعمل على حل المشكلة بشكل تلقائي عقب حدوثها.
كما يمكن حل هذه المشكلة بواسطة جدول ممتد مزود ببرنامج لحل المشكلات، فضلاً عن استخدام آلة حديثة تعمل على حساب الرسوم البيانية.
كيفية تحليل شبكات المياه
تم استخدام العديد من الطرق في الماضي لحساب التدفقات في شبكة المياه، وتتراوح هذه الطرق من الأساليب الرسومية.
إلى استخدام المقارنات الفيزيائية وأخيرًا إلى استخدام النماذج الرياضية، كما قد تم تطوير وتنفيذ هذه الأساليب لتحليل الشبكات، على جهاز الكمبيوتر، على مدى السنوات الخمسين الماضية.
وهناك العديد من الطرق المتاحة للتحليل، وهي:
طريقة هاردي كروس
وهي الطريقة التي تكون ربما هي الأكثر استخدامًا للتحليل، وتقوم هذه الطريقة بتصحيح القيمة المفترضة الأولية.
باستخدام التوسع من الدرجة الأولى لمعادلة الطاقة، من حيث عامل الاختيار لمعدل التدفق في كل حلقة.
وفي بعض الحالات، وجد أن طريقة هاردي كروس تتقارب ببطء شديد أو لا تتقارب على الإطلاق.
وهذا يؤدي إلى اقتراح تدابير خاصة لتحسين التقارب ونموذج مقيد، لتصميم التكلفة الدنيا لشبكات توزيع المياه.
حاولت هذه المنهجية مراعاة أوجه عدم اليقين في الطلبات المطلوبة، ورؤوس الضغط المطلوبة، ومعاملات خشونة الأنبوب.
كما تمت صياغة مشكلة تحسين كنموذج برمجة غير خطي يتم حله، باستخدام طريقة التدرج المخفض المعمم.
يظهر أن عدم اليقين في الطلبات المستقبلية ومتطلبات رأس الضغط، وخشونة الأنبوب يمكن أن يكون لها تأثيرات كبيرة على التصميم والتكلفة المثلى.
علاوة على ذلك، يمكن حساب موثوقية نظام توزيع المياه من خلال معالجة الطلب ورأس الضغط، وخشونة الأنبوب كمتغيرات عشوائية.
أيضًا يمكن أيضًا افتراض أن الطلب على الماء ومعامل خشونة الأنبوب يتبعان التوزيع الاحتمالي، ثم يستخدمان مولد رقم عشوائي، لتوليد قيم المتغيرات العشوائية لكل عقدة وأنبوب.
يؤدي إلى محاكاة هيدروليكية، ويحسب رؤوس الضغط في عقد الطلب، بشرط تلبية الطلبات.
وأخيرًا، يمكن حساب الاعتمادات الهيدروليكية للنظام والعقدة باستخدام EPANET.
قد يهمك: طرق كشف تسريب المياه
طريق تطبيق إيبانت
إيبانت هو تطبيق برمجي يستخدم في جميع أنحاء العالم لنموذجة أنظمة توزيع المياه، وتم تطويره، كأداة لفهم حركة ومصير مكونات مياه الشرب داخل أنظمة التوزيع.
ويمكن استخدامه للعديد من الأنواع المختلفة من التطبيقات، في تحليل أنظمة التوزيع.
واليوم، يستخدم المهندسون والاستشاريون إيبانت، لتصميم وحجم البنية التحتية الجديدة للمياه، وتعديل البنية التحتية القديمة الحالية؟
كما تحسين عمليات الخزانات والمضخات، وتقليل استخدام الطاقة، والتحقيق في مشاكل جودة المياه، والاستعداد لحالات الطوارئ.
كما يمكن استخدامه لنموذجة تهديدات التلوث وتقييم الصمود، في وجه التهديدات الأمنية أو الكوارث الطبيعية.
الطريقة الخطية
والتي تسمى كذلك باسم طريقة وورد- جارلس، وتلعب هذه الطريقة دورًا هامًا في طريقة إيجاد حل مثالي.
لمنظومة معادلات شبكات الأنابيب، كما أنها تعتمدًا بشكل رئيسي على المعادلات غير الخطية الموثوقة أو المعتمدة على فواقد الاحتكاك، والتي تقوم بتحويلها إلى معادلات خطية بحتة.
طريقة نيوتن رافسون
وهي التي تركز على المعادلات غير الخطية، بالإضافة إلى كونها تعد الطريقة الأنسب التي يتم حل هذه المعادلات بها.
التشابه الطوبولوجي
يتم استخدام منهجية قائمة على التشابه الطوبولوجي، للحصول على نقطة بداية التكرار لحل مشاكل الخزانات وشبكات الأنابيب.
واعتبارًا من الآن، تستند نقطة البداية الأولية للتكرار إلى عمل تخميني محض قد تدعمه الخبرة، كما يأتي مفهوم التشابه الطوبولوجي، من مبدأ شبه العمل (PQW).
وفي هذا المبدأ (PQW) يتم استخدام حل أي مشكلة واحدة في الفئة لحل المشاكل المعقدة الأخرى، من نفس الفئة.
كما يمهد هذا الطريق للوصول إلى مفهوم فريد للنظام المرجعي، الذي يتم استخدام حله للحصول على نقطة البداية لبدء عملية التكرار، في مشاكل الخزان وشبكة الأنابيب.
منظومات المعادلات لشبكات المياه
توفر هذه المنظومات معادلتان يتعلقان بالأنابيب البسيطة، وتقوم هذان المعادلتان بحساب كل من: حاصل التصاريف، وفاقد الاحتكاك في الأنابيب، وهذان المعادلتان هما كالآتي:
- معادلة الاتصال: والتي بدورها تلزم من وجود تصريف داخل تجاه أي نقطة، ولكنها تكون متقاطعة بالتساوي مع التصريف الخارج منها.
- معادلة الطاقة: والتي تلزم من إيجاد مجموع فواقد الاحتكاك التي تكون متمركزة حول نقطة ما تساوي صفراً.
اخترنا لك: طرق معالجة المياه المستعملة في الصناعة
وبعد أن تعرفنا على كيفية تحليل شبكات المياه نرجو أن تكون المعلومات، التي قمنا بتوضيحها لكم قد أفادتكم، كما نرجو أن يكون المقال نال استحسانكم، وللمزيد من المواضيع الأخرى، زوروا موقع مقال!