كيفية تحليل أنظمة المياه، وديناميكيات السوائل، وتحليل شبكة المياه هو تحليل تدفق السوائل عبر شبكة هيدروليكية، والتي تتكون من العديد من الفروع المترابطة.
الغرض هو تحديد معدلات التدفق وانخفاض الضغط في الأقسام الفردية للشبكة، حيث أن هذه مشكلة شائعة في التصميم الهيدروليكي، اتبع المقالة حول كيفية تحليل الأنظمة في الماء.
نظام توزيع المياه
نظام توزيع المياه عبارة عن بنية تحتية هيدروليكية تتكون من عناصر، مثل الأنابيب والخزانات والمضخات والصمامات، إلخ.
من المهم توفير المياه الصالحة للشرب للمستخدمين النهائيين، وبالتالي، فإن توفير المياه بكفاءة أمر بالغ الأهمية في تصميم شبكة توزيع المياه الجديدة، أو في توسيع الشبكة الحالية.
أصبح حساب التدفقات والضغوط في شبكة معقدة يمثل تحديًا واهتمامًا كبيرًا للمشاركين في تصميم وبناء وصيانة أنظمة توزيع المياه العامة.
كما أن تحليل وتصميم أنظمة المياه (الأنابيب) يخلق مشكلة معقدة نسبيًا، خاصة عندما تتكون الشبكة من مجموعة من الأنابيب.
غالبًا ما يحدث أيضًا في أنظمة توزيع المياه في المناطق الحضرية الكبيرة، في غياب تسارع كبير في السوائل.
أيضًا، يمكن تحديد سلوك الشبكة من خلال سلسلة من ظروف الحالة المستقرة، والتي تشكل جزءًا صغيرًا ولكنه مهم من تقييم مدى كفاية الشبكة.
مثل هذا التحليل مطلوب عندما يكون التغيير في نمط الاستهلاك أو التسليم كبيرًا، أو تتم إضافة أجزاء.
مثل توفير المياه أو إضافة مضخات التعزيز أو صمامات تنظيم الضغط أو صهاريج التخزين أو إجراء تغييرات على النظام.
راجع أيضًا: كيف تسأل عن فاتورة المياه
أنواع شبكات توزيع المياه
جميع شبكات توزيع المياه الموجودة في جميع المدن تأتي بشكل أساسي من ثلاثة أنواع من الأنابيب.
وتصنف هذه الأنابيب حسب ما تفعله وهي كالتالي:
خطوط نقل
- تختص هذه الأنابيب بإحضار المياه من المصدر (خزانات التجميع الرئيسية) وتوصيلها وتوجيهها إلى نظام التوزيع.
خط التوزيع
- جزء من هذا النوع يهتم بنقل المياه وتوصيلها لجميع مناطق المدينة.
- أنابيب الخدمة: وهي الأنابيب التي يتم إطلاقها والمتفرعة من أنابيب التوزيع والتي تعمل على نقل المياه من مناطق الاستهلاك المختلفة.
تحليل أنابيب المياه
يمكن وصف تحليل أنابيب المياه بإخضاع قوة تدفق السوائل عبر نظام هيدروليكي من خلال التحليل.
على وجه التحديد، شبكة تضم العديد من الفروع المترابطة أو المترابطة.
السر وراء هذا التحليل هو مراقبة معدلات التدفق وتحديد انخفاض الضغط داخل الأقسام الفردية للشبكة.
لتوجيه المياه للعديد من الأفراد المشاركين في نظام إمدادات المياه البلدية.
يجب التأكيد على أن المياه يتم توجيهها عبر شبكة مياه عذبة تتكون من العديد من الأنابيب المتصلة.
تواجه الشبكات من هذا النوع بعض المشكلات الخاصة بالتصميم الهيدروليكي، والتي تسمى “تحليل شبكة الأنابيب”.
لحل هذه المشكلة، عادة ما يتم استخدام برنامج كمبيوتر، والذي يحل المشكلة تلقائيًا بعد حدوثها.
يمكن أيضًا حل هذه المشكلة عن طريق جدول طويل مع برنامج حل المشكلات، وكذلك باستخدام آلة رسوم بيانية حديثة.
كيفية تحليل شبكات المياه
تم استخدام العديد من الطرق في الماضي لحساب تدفقات نظام المياه، وتتراوح هذه الطرق من الطرق الرسومية.
لاستخدام المقارنات الفيزيائية وأخيرًا استخدام النماذج الرياضية، لأن طرق تحليل الشبكة هذه قد تم تطويرها وتنفيذها، على الكمبيوتر، في الخمسين عامًا الماضية.
هناك عدة طرق متاحة للتحليل وهي:
طريقة هاردي كروس
ربما تكون هذه هي الطريقة الأكثر استخدامًا للتحليل، وهذه الطريقة تصحح القيمة الافتراضية الأولية.
استخدام التمديد من الدرجة الأولى لمعادلة القدرة، من حيث عامل الاختيار لمعدل التدفق في كل حلقة.
في بعض الحالات، وجد أن طريقة هاردي كروس بطيئة جدًا أو ليست على الإطلاق.
هذا يؤدي إلى اقتراح تدابير خاصة لتحسين التقارب ونموذج محدود لتصميم الحد الأدنى من تكلفة شبكات توزيع المياه.
تحاول هذه المنهجية مراعاة أوجه عدم اليقين في التطبيقات المطلوبة، ورؤوس الضغط المطلوبة، ومعاملات الأنابيب.
تتم صياغة مشكلة التحسين أيضًا كنموذج برمجة غير خطي يتم حله باستخدام طريقة تقليل التدرج المعمم.
يبدو أن عدم اليقين في الطلبات المستقبلية ومتطلبات رأس الضغط وخشونة الأنابيب يمكن أن يكون لها تأثير كبير على التصميم والتكلفة المثلى.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن حساب موثوقية نظام توزيع المياه من خلال معالجة الطلب ورأس الضغط وصلابة الأنابيب كمتغيرات عشوائية.
يمكن أيضًا افتراض أن الطلب على المياه ومعامل مرونة الأنبوب يتبعان توزيعًا احتماليًا، ثم استخدام مولد أرقام عشوائي لتوليد قيم المتغيرات العشوائية لكل عقدة وأنبوب.
يقوم بإجراء عمليات محاكاة هيدروليكية، ويحسب رؤوس الضغط عند عقد الأمر، طالما يتم الوفاء بالطلبات.
أخيرًا، يمكن حساب التبعيات الهيدروليكية للنظام والعقدة باستخدام EPANET.
قد تكون مهتمًا أيضًا بـ: كيفية اكتشاف تسربات المياه
طريق التطبيق المطلوب
IBANT هو تطبيق برمجي يُستخدم في جميع أنحاء العالم لنمذجة أنظمة توزيع المياه، وقد تم تطويره كأداة لفهم حركة ومصير مكونات مياه الشرب داخل أنظمة التوزيع.
يمكن استخدامه للعديد من أنواع التطبيقات المختلفة، في تحليل أنظمة التوزيع.
اليوم، يستخدم المهندسون والاستشاريون IBANT لتصميم وقياس بنية تحتية جديدة للمياه ولتعديل البنية التحتية القديمة؟
كما أنه يحسن عمليات الخزانات والمضخات، ويقلل من استخدام الطاقة، ويفحص مشاكل جودة المياه، ويستعد لحالات الطوارئ.
يمكن استخدامه أيضًا لنمذجة تهديدات التلوث وتقييم المرونة في مواجهة التهديدات الأمنية أو الكوارث الطبيعية.
طريقة خطية
تُعرف أيضًا باسم طريقة Word-Garls، وتلعب هذه الطريقة دورًا مهمًا في طريقة إيجاد الحل الأمثل.
نظام المعادلات لشبكات الأنابيب، لأنه يعتمد على معادلات غير خطية موثوقة أو يعتمد على خسائر الاحتكاك، مما يحولها إلى معادلات خطية خالصة.
طريقة نيوتن رافسون
يركز على المعادلات غير الخطية، بالإضافة إلى الطريقة الأكثر دقة لحل هذه المعادلات.
تشابه طوبولوجي
يتم استخدام منهجية قائمة على التشابه الطوبولوجي للحصول على نقطة بداية التكرار لحل مشاكل الخزان وخطوط الأنابيب.
حاليًا، تستند نقطة البداية الأولية للتكرار على عمل تخميني بحت يمكن دعمه بالتجربة، ويأتي مفهوم التشابه الطوبولوجي من مبدأ شبه العمل (PQW).
في هذا المبدأ (PQW)، يتم استخدام حل أي مشكلة فئة لحل المشكلات المعقدة الأخرى، في نفس الفئة.
كما أنه يمهد الطريق لمفهوم فريد للنظام المرجعي، وهو الحل المستخدم للحصول على نقطة البداية لبدء عملية الاستعادة، في مشاكل الخزانات والأنابيب.
نظم المعادلات لشبكات المياه
توفر هذه الأنظمة معادلتين تتعلقان بالأنابيب البسيطة، وتحسب هذه المعادلات كل منهما: ناتج التفريغ، وفقد الاحتكاك للأنابيب، وهاتان المعادلتان على النحو التالي:
- معادلة الوصلة: والتي بدورها تتطلب وجود تصريف بالداخل لأي نقطة ولكنها تتقاطع بالتساوي مع الصرف خارجها.
- معادلة الطاقة: وهي ضرورية لإيجاد مقدار خسائر الاحتكاك المتمركزة على نقطة تساوي الصفر.
لقد اخترنا لك: طرق معالجة مياه الصرف الصناعي
بعد أن تعلمنا كيفية تحليل شبكات المياه، نأمل أن تكون المعلومات التي شرحناها لكم مفيدة لكم، ونتمنى أن ينال المقال موافقتكم. لموضوعات أخرى قم بزيارة موقع مقل!