Icon44 دروس في تصميم شبكات المياه وإدارتها

أولاً: كميات المياه،
وأنواع الاستهلاك

1- أنواع المياه المستهلكة:



تتعدد أنواع المياه المستهلكة حسب الجهة المستخدمة لهذه المياه، وعلى ذلك
يمكن تقسيم المياه المستهلكة إلى أربعة أقسام:


أ-المياه السكنية:



وهي المياه التي يستخدمها الناس في مبانيهم السكنية العادية، في الشرب
والطهي والغسل وما شابه، وتورد بعض المراجع المختصة بذلك تقديراً لكمية
المياه التي يستهلكها الشخص الواحد

في مسكنه في اليوم الواحد خلال النشاطات المنزلية المختلفة كما يلي:

الشرب: 3-5 لتر، الطهي: 5-10 لتر، الاستحمام: 30-40 لتر، الوضوء: 20-30
لتر، الحمامات: 50-70 لتر، الغسيل: 20-30 لتر، الشطف: 10 -30 لتر، أخرى: 10
-40 لتر.


ويمكن تقدير الاستهلاك اليومي للشخص الواحد من 120 -380 لتر، وهذا بالطبع
يعتمد على عوامل كثيرة سيتم مناقشتها لاحقاً، كما ويمكن اعتماد كمية
استهلاك مناسبة لمنطقة البحر الأبيض المتوسط بين 120-180 لتر/ يوم للشخص
الواحد.



ب-المياه الصناعية أو التجارية:




وهي المياه المستخدمة في قطاع الصناعة والتجارة، وكمياتها مرتبطة بظروف
متغيرة كثيرة، تعتمد على نوعية الصناعة أو التجارة، وبصفة عامة تتراوح هذه
المياه في البلدان النامية إلى البلدان النامية من 5-12 متر مكعب للمتر
المسطح الواحد للبناية الصناعية أو التجارية، وفي بعض المدن شبه الصناعية
يتم اعتماد نسبة 150-200% من كمية استهلاك السكان.



ج- المياه العامة:




وهي المياه التي تستهلكها المرافق العامة كالمستشفيات، والحدائق، والسجون،
والمدارس، والمساجد، وما شابه.ويمكن تسمية أي مياه لا تدفع تكاليفها
بالمياه العامة، ويمكن أن يصل الاستهلاك العام إلى 75 لتر/يوم/ للشخص
الواحد كمتوسط عن تعداد سكان المدنية.


د – المياه الضائعة:



وهي كميات المياه التي لا يمكن حسابها، أو التي لا تدخل في حسابات التصميم،
وهي نتيجة التسرب من العدادات والتوصيلات والصمامات، أو نتيجة التوصيلات
غير القانونية، وتصل نسبة الفاقد في أكثر المدن تقدماً إلى 15%، وتؤخذ في
الدول النامية من 30-40%.


2- العوامل المؤثرة في كمية المياه المطلوبة



أ- تكلفة المياه :



حيث أنه كلما زادت التكلفة، زاد حرص المستخدم على عدم الإسراف في استخدام
المياه، وبذلك تقل المياه المطلوبة.


ب- حجم المدينة:



والعلاقة هنا طردية، فكلما كبرت المدينة زاد الاستهلاك، وتعتمد هذه العلاقة
على الطبيعة الصناعية والتجارية للمدينة، وعلى عادات السكان.


ج- الصناعة والتجارة:



بزيادتها تزداد الحاجة للمياه، وهذا يعتمد على كمية المياه المطلوبة لكل
صناعة.


د- الضغط في الشبكة:



تؤدي زيادة الضغط في الشبكة إلى زيادة الفقودات، كما يسهل وصول الماء
للخزانات العلوية، وأثبتت بعض الدراسات أن زيادة الضغط الموجود في الشبكة
بمقدار 5 متر، تزيد نسبة الاستهلاك بمعدل 15%.


هـ- نظام الصرف الصحي:



فالأنظمة الحديثة تتطلب مياه أكثر لتشغيلها.


و- نظام التزويد بالمياه:



النظام المستمر للتزويد يكون الاستهلاك فيه أكبر بكثير من النظام المتقطع،
وقد يحدث العكس في بعض المدن إذا كان نظام التزويد المستمر لا يوفر الضغوط
المطلوبة.


ز- الظروف الجوية:



فالجو البارد يقلل من الاستهلاك المطلوب، ويقلل من متطلبات الحريق.


ح- عادات الناس وتقاليدهم:



فالمسلم مثلاً يحتاج كميات إضافية من الماء للوضوء ولاحتياجات الطهارة
المختلفة، والغربي يعتمد على أحواض الاستحمام، وحمامات السابحة، والشرقي
يكثر من استعمال المياه في الطهي، وهكذا...، مما يجعل العلاقة مباشرة بين
عادات الناس والاستهلاك.


ط- العدادات:



دقة ووجود العدادات في نقاط الاستهلاك يضبط الاستهلاك، فمعلوم أنه في بعض
المدن تحتسب كميات المياه المستهلكة على المتر المربع، أو بطريقة أخرى غير
العدادات، مما يدعو إلى عدم الاكتراث واستهلاك كميات أكبر من المياه.







3- التغيير في معدلات المياه المستهلكة








لدراسة المطلوب من كميات المياه لكل نوع من أنواع المياه المستهلكة، لا
يكفي اعتبار متوسط الكميات المطلوبة لاستهلاك معين، وإنما يجب اعتبار
الكميات المطلوبة على أساس وقت الاستهلاك، والذي يكون لعامل الزمن دور كبير
في تغيير شكله.


ويتم التعبير عن الفرق بين متوسط الاستهلاك (Average Consumption)،
والاستهلاك في وقت معين (Instantaneous Consumption) بمعامل الذروة أو ما
يسمى المعامل الأقصى (Peak Factor).


وللوصول لشكل دقيق لأشكال الاستهلاك، يتم عادة أخذ وقت دوري يتكرر من خلاله
شكل الاستهلاك ( كل 24 ساعة، كل أسبوع، كل فصل، كل سنة...وهكذا)، ومن ذلك
يمكن الحصول على أقصى وأقل معدل للاستهلاك، وعلى الكميات المطلوبة في
دورة زمنية معينة (يوم، أسبوع، شهر، فصل، سنة.....الخ).

ويجب ملاحظة أن أشكال الاستهلاك المختلفة تعتمد على عناصر كثيرة نذكر منها:
الطبيعة الجغرافية للمنطقة المخدومة، التقاليد والعادات، طبيعة الأعمال
والصناعات، الطقس، الديانة، نوعية استخدامات الأراضي والأبنية.


ويمكن حصر أشكال التغيير في معدلات الاستهلاك إلى: تغيير آني، تغيير يومي،
تغيير دوري، تغيير بالساعة.


أ- التغيير الآني:



ويمثل كمية المياه المطلوبة آنياً، وخلال فترة قصيرة من الزمن (ثواني أو
دقائق)، وتزداد الحاجة لاعتبار هذه الكميات كلما صغر عدد المستهلكين،
ولبيان ذلك نطرح المثال التالي:

لو افترضنا أن كمية المياه اللازمة ليمتلىء خزان الشطف لمرحاض معين في
دقيقة واحدة هي 8 لتر، بناءً على ذلك تكون كمية المياه المطلوبة للمرحاض هي
480 لتر/ساعة، وهي ما تسمى بكمية المياه الآنية المطلوبة، والتي يجب أن
يصمم عليها الأنبوب المغذي لخزان الشطف للمرحاض.

ب- التغيير اليومي:



عند تحليل منطقة كبيرة لا تتأثر بالتغيير الآني، يجب اعتبار التغيير
باليوم، لما له من أهمية كبيرة في التصميم لعناصر الشبكة ومتعلقاتها من
خزانات ومحطات ضخ، وبناء على دراسة التغيير اليومي يتم دراسة أسلوب تزويد
المياه والذي عادة ما يكون بنفس الشكل الخاص بالاستهلاك.

ويتم تحديد التغيير اليومي بمراقبة الاستهلاك في نقاط التغذية (خزانات،
مضخات، محطات تنقية ...الخ)، بواسطة أجهزة قياس خاصة.

ج- التغيير الدوري:



وهو إما تغييراً أسبوعياً أو شهرياً أو فصلياً .فالتغيير الأسبوعي يعتمد
على أيام العمل، والعطل، والأعياد والمناسبات، أما التغيير الشهري فيعتمد
على حرارة الجو وظروف الطقس.


د- التغيير بالساعة:



وتتغير أيضاً الكميات المطلوبة من ساعة لأخرى بناءً على طبيعة الاستهلاك،
فهناك أوقات ذروة يزيد فيها الاستهلاك ثم ينخفض.

ولحساب أقصى معدل استهلاك في الساعة يبنى الحساب على أقصى استهلاك بالساعة،
لأقصى استهلاك باليوم، لأقصى استهلاك فصلي، ويمكن صياغة العلاقة الحسابية
كالتالي:

P = (P1+P2+P3+Pav)/24

حيث


P1 : نسبة المعدل الفصلي الأقصى من معدل الاستهلاك اليومي، محسوباً على
متوسط استهلاك السنة، وقد تصل النسبة إلى 160%.


P2 : نسبة المعدل اليومي الأقصى للاستهلاك من معدل الاستهلاك اليومي،
محسوباً على متوسط استهلاك السنة.


P3 : نسبة المعدل الأقصى للاستهلاك بالساعة من معدل الاستهلاك اليومي،
محسوباً على متوسط استهلاك السنة.


P4 : النسبة القصوى الكلية للاستهلاك الأقصى في الساعة، والتي عند ضربها في
معدل الاستهلاك اليومي المحسوب على متوسط الاستهلاك السنوي تعطي الكمية
المطلوبة.


Pav : متوسط الاستهلاك اليومي.



الجزء الثاني : تصميم خزانات المياه وإدارتها

هذه الصورة تم اعادة تحجيمها . الحجم الافتراضي لها هو 600x398.

تكلمنا فيما مضى في الجزء الأول من هذه الدروس عن أنواع المياه
المستهلكة، والعوامل المؤثرة في كمية المياه المطلوبة، والتغيير في معدلات
المياه المستهلكة، والمعدل الأقصى الموصى به لحساب كميات الاستهلاك.

وسنبدأ في هذا الجزء الجديد بشرح تصميم الخزانات من الناحية الهيدروليكية،
من خلال التعرض للموضوعات التالية:


1-الهدف من استخدام الخزانات.
2-أنواع الخزانات.
3-حجم الخزانات المطلوبة.
4-مواضع الخزانات وارتفاعاتها.
5-أنواع التغذية في الخزانات.
6-الأوضاع الهيدروليكية المختلفة لاتصال الخزانات .
7-زمن تفريغ الخزانات.

1- الهدف من استخدام الخزانات (أسباب التخزين)



يؤخذ بعين الاعتبار تخزين الكميات الكافية من المياه للأسباب الآتية:



?أ-تأمين المياه للمستهلك للاستعمال في حالات انقطاع المياه في الشبكة
العامة، وفي حالات صيانة الشبكة.

?ب-تقليل وتنظيم معدل سحب المياه من الخطوط الرئيسية في فترة الذروة.
?ج-تقليل الضغط على أنابيب التوزيع في المبنى، مما يساعد على عدم حدوث
المطرقة المائية( سنتكلم عنها بالتفصيل لاحقاً).
?د-تقليل معدل استهلاك المياه، وإطالة العمر التشغيلي للأنابيب والأجهزة
والمعدات.
?ه-سد حاجات البنايات العالية والمصانع وذلك من خلال الخزانات الموضعية.
?و-التخزين الاحتياطي لمكافحة الحريق، وكمخزون استراتيجي.

2- أنواع الخزانات



أ- الخزانات السفلية ( خزان المياه الأرضي)



تستخدم الخزانات الأرضية عندما يكون تزويد المياه من البلدية متقطع، أو في
الأوقات التي يكون فيها التزويد مستمراً ولكن نتيجة لنقص الضغط والتدفق في
ساعات الذروة لا تصل المياه إلى بعض المستهلكين.لذلك يتم استغلال الأوقات
من اليوم التي يكون فيها الاستهلاك منخفض كساعات الليل لتخزين المياه في
الخزانات الأرضية على أن يتم ضخها واستخدامها في أوقات الذروة.




الحالات التي تستخدم فيها الخزانات السفلية

1-في حالة تركيب مضخات مياه ذات تدفق كبير يخشى معه سحب هذه
المضخات لكميات كبيرة من مياه الشرب من الشبكة العامة، والذي يؤدي بدوره
إلى تقليل الضغط في الشبكة العامة والتأثير على استهلاك المباني المجاورة.





2-في حالة أن تكون أقطار وتدفق شبكة المياه العامة لا تفي بالاحتياجات
القصوى للمبنى.

3-في الحالات التي تتطلب وجود كميات تخزينية احتياطية من المياه، بالإضافة
للكمية العادية التي يتم تغذيتها من الخزانات العلوية، وذلك في المناطق
التي تنقطع فيها المياه كثيراً، أو في المناطق المنعزلة.

4-في حالة عدم وجود شبكة مياه عامة بالمنطقة.


حساب سعة الخزان السفلي




يرتبط تصميم سعة خزان المياه السفلي بتصميم وقدرة المضخة وسعة الخزان
العلوي، وفي كل الحالات يجب ألا تقل سعة الخزان السفلي عن الفرق بين كمية
المياه المسحوبة من الخزان وكميه المياه الداخلة عليه.



ويعتمد حساب سعة الخزان الأرضي على العوامل التالية:




1-معدل تدفق المياه إلى الخزان من الشبكة العامة.
2-معدل تدفق المياه من الخزان إلى المبنى.

ولذلك فإن سعة الخزان الأرضي يجب أن تكون كافية لتغطية الفرق بين التدفق من
وإلى الخزان في أوقات الذروة من الاستهلاك، وكذلك لتخزين كمية كافية من
المياه عندما يكون التدفق من الخزان أقل من التدفق إليه.


ولحساب سعة الخزان الأرضي يجب دراسة التدفق للمياه من خلال الشبكة العامة،
وكذلك التغير في التدفق من الخزان إلى المبنى، لذلك لا توجد قاعدة ثابتة
لحساب سعة الخزان السفلي، وتعتمد العملية على تقدير المهندس المختص بذلك.


ويمكن اخذ العوامل التالية بالحسبان:



1-كميات المياه اللازمة للطوارىء (وهي متغيرة من وقت لآخر).
2-دورة المضخة على أساس أن عدد مرات تشغيل المضخات لا يزيد عن 6 مرات في
الساعة (حسب الكود البريطاني).
3-عدد ساعات التزويد بالمياه من الشبكة العامة.
4-عدد السكان واحتياجاتهم.
5-التخزين المطلوب ومدته.
6-سعة الخزان العلوي (وسيتم شرح ذلك لاحقاً).
7-طريقة تزويد المباني بالمياه، ونوعية نظام التوزيع.
8-المساحة المتاحة لموقع الخزان السفلي.



المراجع :





1- أ.د.: زاهر كحيل ،تزويد المياه والإطفاء للمباني العالية.
2- أ.د.: زاهر كحيل، المرشد الهندسي في تصميم وإنشاء وإدارة شبكات المياه
ومستلزماتها.
3- R. Walker " Water Supply, treatment & Distribution "


بالتوفيق للجميع باذن الله