خطوط انتقال آب، به عنوان شبکه‌های پیچیده و بزرگی که از منابع آبی منطقه‌ای به مناطق مصرف کننده آب منتقل می‌شوند، نقش بسیار مهمی در تأمین آب برای کشاورزی، آب شرب، صنعتی و امور شهری دارند. این خطوط، ابتدا به صورت لوله‌های سطحی شروع و سپس با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته، به صورت لوله‌های زیرزمینی یا خطوط انتقال قدرت بر روی ستون‌ها نصب می‌شوند.

اما شبکه توزیع آب، تنها به عنوان واسط برای انتقال این مایع حیاتی عمل نمی‌کنند؛ بلکه  نقش مهمی در حفظ کیفیت آب، بهره‌وری و صرفه‌جویی انرژی، کاهش اتلاف و انتقال آب به مناطقی با بارندگی کمتر دارند. همچنین، با توجه به تغییرات آب و هوایی و شرایط جغرافیایی، این خطوط انتقال می‌توانند در جهت توسعه پایدار، بهبود مدیریت منابع آب و تقویت امنیت آبی منطقه کمک شایانی نمایند.

با خواندن ادامه این مقاله، با طراحی، ساخت و عملکرد خطوط انتقال آب بیشتر آشنا خواهید شد. همچنین، خواهید فهمید که چگونه فناوری‌های نوین و روش‌های مدیریتی می‌توانند در بهینه‌سازی عملکرد این خطوط و حفظ منابع آبی کمک شایانی نمایند.

 

خطوط انتقال آب

خطوط انتقال و شبکه های توزیع آب به مجموعه ای از تاسیسات که شامل لوله، اتصالات و شیرآلات است، اطلاق می‌شود که به منظور انتقال سیالات (مایعات و گازها) از نقطه ای به نقطه دیگر احداث می‌شوند.
مهم‌ترین بخش‌های یک شبکه توزیع آب شامل: لوله با جنس‌های مختلف، ایستگاه پمپاژ به منظور تامین فشار خط، شیرآلات به منظور کنترل و بهره برداری از خط انتقال است.

در طراحی یک شبکه توزیع، مهم‌ترین پارامترها شامل اختلاف ارتفاع نقطه مبدا و نقطه تحویل، طول مسیر و میزان دبی آب است و عمدتا خطوط انتقال در عمق زمین (Under ground) و به صورت دفنی اجرا می‌شود.

شمای کلی از خطوط انتقال آب

هرگاه بخواهیم آب و یا دیگر سیالات را از تراز ارتفاع منفی (در نقطه پست زمین) به نقطه بالاتری انتقال دهیم و یا بخواهیم آب را از یک محل به محل دیگر منتقل کنیم، از شبکه توزیع آب استفاده می‌کنیم.

این  بدین معناست که هرگاه محل ذخیره سیالات شامل آب و یا پساب، نسبت به محل مصرف یا تصفیه آن در ارتفاع پایین‌تری قرار داشته باشد، بایستی به منظور جابجایی آب از شبکه انتقال تحت فشار یا یک خط انتقال استفاده نمود. بدین منظور در محل ذخیره آب در پایین دست، ایستگاه پمپاژ احداث می‌شود و به وسیله آن، هد یا فشار مورد نیاز خطوط انتقال تامین می‌شود.

در برخی از موارد اختلاف ارتفاع زیادی بین مبدا و مقصد آب وجود ندارد، اما فاصله طولی زیادی وجود دارد که سبب افت فشار آب در طول مسیر شده و لذا در این موارد نیز این سیستم کاربرد دارد.

عوامل تاثیرگذار در طراحی و اجرای بهینه خطوط انتقال آب

موارد متعددی در طراحی و اجرای بهینه خطوط انتقال آب و شبکه توزیع آب نقش دارند که از آن جمله انتخاب دبی مناسب یا همان ظرفیت خط انتقال است و از  پارامترهای مهم دیگر، تعیین و محاسبه افت فشار در طول مسیر شبکه توزیع آب است که با محاسبات دقیق ریاضی و با توجه به سایز و جنس لوله‌ها و دبی آب به دست می‌آید. به علاوه نقشه مسیر خطوط انتقال، طول واختلاف ارتفاع آن نیز در برآورد این میزان افت فشار تاثیر بسزایی دارد.

همچنین انتخاب جنس مناسب لوله برای شبکه توزیع آب با توجه به شوری و یا خواص فیزیکی آن، عمق دفن لوله، جنس خاک و تاثیر آن بر روی لوله‌ها، از مهمترین عوامل در طراحی و اجرای خطوط انتقال آب به شمار می روند.

به مجموع این عوامل نیز باید انتخاب شیرآلات مناسب در طول مسیر خطوط انتقال از جمله شیرآلات یک طرفه، شیرآلات قطع و وصل جریان و از همه مهم‌تر شیرآلات تخلیه هوا را نیز افزود.

 

طراحی واحد شبکه توزیع و خطوط انتقال آب

در طراحی یک شبکه توزیع آب، نخستین مرحله برآورد دبی یا ظرفیت انتقال آب در شبکه و یا خطوط انتقال می‌باشد.

به عنوان نمونه در یک کارخانه تولیدی که میزان مصرف آب در فصول مختلف متفاوت است، خطوط انتقال بر اساس دبی‌ها یا ظرفیت‌های مذکور طراحی و ساخته می‌شود و یا در یک شبکه توزیع آب و خطوط انتقال شهری که میزان مصرف آب در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است، دبی یا ظرفیت خطوط انتقال بر همین اساس انتخاب می‌شود.

به طور کلی در طراحی شبکه توزیع آب، سناریوها یا حالت‌های مختلفی از دبی را می‌توان متصور بود که بر اساس آن ظرفیت‌ها، طراحی خطوط انتقال آب صورت می‌گیرد.
پس از انتخاب دبی، مسیر انتقال آب و محل‌های مصرفی (نقاط تحویل) تعیین شده و بر این اساس نقشه، توپوگرافی زمین تهیه می‌شود.

در این مرحله؛ رقوم زمین و طول مسیر به دقت اندازه گیری و محاسبه می‌شود. سپس، با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی آب، جنس خط لوله معین می‌گردد و بر اساس این جنس می‌توان میزان افت فشار در طول مسیر را محاسبه کرد.

در نقشه توپوگرافی، نقاط معارض خطوط انتقال که احیاناً با شبکه ریلی، جاده‌ها و سایر خطوط در تماس باشد؛ مشخص می‎‌شود و به منظور جلوگیری از پدیده سیفون شدن، تمهیدات لازم و شیرآلات مناسب تعبیه می‌شود.

از آنجایی که در خطوط انتقال تحت فشار، تمامی سطح لوله با آب در تماس است، بنابراین سرعت آب در نزدیکی لوله‌ها (شرایط مرزی) بسیار اندک بوده، اما در مرکز مقطع لوله سرعت بیشتری دارد.

این مساله به دلیل اصطکاک میان سیال (آب) و لوله در خطوط انتقال به وجود می‌آید. این اصطکاک هم به جنس لوله و  قطر آن بستگی دارد و هم به خواص فیزیکی آب از قبیل دما، ویسکوزیته و دانسیته وابسته است.

به علاوه در طراحی فرآیند خطوط انتقال، مدلسازی از کل خطوط انجام می‌گیرد و میزان افت فشار در اثر اصطکاک داخلی لوله، اختلاف ارتفاع، افت فشار شیرآلات و اتصالات محاسبه شده و بر اساس آن فشار مورد نیاز خط انتقال طراحی می‌شود.

در مرحله نهایی، شیرآلات خطوط انتقال طراحی و انتخاب می‌گردند و در نهایت اینکه با انتخاب عمق لوله گذاری در طول مسیر خطوط انتقال با توجه به شرایط اقلیمی محل پروژه و محاسبه عمق یخ زدگی آب، عملیات طراحی خطوط انتقال تکمیل می‌گردد.

 

انتخاب جنس لوله‌ها در خطوط انتقال آب

همانطور که ذکر شد؛ انتخاب جنس لوله در خطوط انتقال به ویژگی‌های آب و خاک بستگی دارد. از آنجایی که آب در تماس مداوم با سطوح داخلی لوله می‌باشد؛ بنابراین خواص فیزیکی و شیمیایی آن در دراز مدت بر روی سطح داخلی لوله‌ها موثر است.

خاک نیز بر روی سطح بیرونی لوله‌ها تاثیر می‌گذارد. در مواردی که خاک حاوی مقادیر بالایی سولفات (SO4) دوبار منفی باشد، باعث ایجاد خوردگی بر روی سطح بیرونی لوله به ویژه در لوله های GRP می‌شود.

به طور کلی در خطوط انتقال آب از لوله‌های ذیل استفاده می‌شود:

• فولادی (اعم از جوشی و اتصال مکانیکی)
  چدن داکتیل
  آزبست سیمان
  بتن مسلح
  GRP یا  GREV
  پلی اتیلن

هر کدام از لوله‌ها، ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند که در کنار مباحث اقتصادی و فنی، توسط طراح خطوط انتقال انتخاب می‌شود.

 

پارامترهای انتخاب جنس لوله‌ها در خطوط انتقال آب

به منظور انتخاب جنس لوله علاوه بر پارامترهای اقتصادی، خواص فیزیکی و شیمیایی آب باید مد نظر قرار بگیرند تا از عمر مفید لوله‌ها اطمینان حاصل نمود.

برخی از مهمترین عوامل شامل موارد زیر است:

• میزان ذرات معلق موجود در آب که با پارامتر TSS و یا کدورت اندازه گیری می‌شود و هرچه میزان ذرات معلق در آب بیشتر باشد، سایش سطح داخلی لوله افزایش می‌یابد و بنابراین زبری لوله و در نتیجه افت فشار بیشتری پیدا خواهد کرد.
• گرادیان سرعت در خط لوله که هرچه میزان آن بالاتر باشد؛ سبب ایجاد مشکلات متعدد از قبیل افزایش خوردگی، افزایش تنش مجاز لوله و افزایش زبری نسبی لوله در خطوط انتقال می‌گردد.
• میزان شوری آب که به وسیله پارامتر TDS اندازه گیری می‌شود و هرچه مقدار آن بالاتر باشد، سبب مشکل خوردگی و یا رسوب گذاری در داخل سطح لوله می‌شود. البته برخی از لوله‌ها مانند لوله‌های پلی اتیلن بالاترین مقاومت در برابر خوردگی در خطوط انتقال آب را دارند.

پارامتر فشار خط لوله نیز بر اساس محاسبات در بخش طراحی انتخاب می‌شود. معمولا لوله‌های پلی اتیلن بر اساس فشار نامی PN6 ,PN10 ,PN16 و … و لوله‌های فولادی بر اساس رده SCH10, SCH20, SCH40 طبقه بندی می‌شوند.

توجه داشته باشید که فشار قابل تحمل این نوع لوله‌ها بر اساس جداول استاندارد مشخص می‌شوند.

انتخاب شیرآلات در خطوط انتقال آب

انتخاب شیرآلات در خطوط انتقال به منظور سهولت در امر بهره برداری و همچنین کنترل خطرات احتمالی خطوط طراحی و نصب می‌گردند.

انتخاب مکان مناسب شیرآلات، نوع و سایز شیرآلات و میزان تحمل فشار در آن‌ها به طور کامل با شبیه سازی خطوط انتقال به وسیله نرم افزارهای مهندسی صورت می‌گیرد. برخی از شیرآلات رایج در خط انتقال و کاربردهای آن در اینجا ذکر شده است:

• شیر تخلیه هوا:

به منظور خروج هوای حبس شده در داخل خط لوله و یا ورود هوا به منظور جلوگیری از ترکیدگی در اثر فشار در خطوط انتقال.

• شیر یک طرفه:

به منظور جلوگیری از بازگشت آب به ابتدای خط و کنترل ضربه قوچ در داخل خط.

• شیر قطع و وصل جریان:

به منظور نگهداری از سیستم و تعمیر و نگهداری خطوط.

• شیر اطمینان:

به منظور کنترل و دفع فشارهای مثبت در طول خط و کنترل ضربه قوچ.

• شیرآلات تخلیه:

به منظور شستشو و ضدعفونی نمودن خطوط انتقال به ویژه در مواقع استفاده در صنایع آشامیدنی.

 

انتخاب مخازن و منهول‌ها در خطوط انتقال آب

از دیگر المان‌های ضروری در  این خطوط، منهول‌ها و مخازن ذخیره هستند. به طور کلی منهول‌های دسترسی در محل‌هایی قرار دارند که مجموعه ای از شیرآلات، تعبیه می‌شوند تا اپراتورهای بهره برداری خطوط انتقال، به راحتی به آن‌ها دسترسی داشته باشند.

همچنین انتخاب مخازن ذخیره و محل‌های آن نیز بر اساس پارامترهای مختلف اقتصادی و مهندسی و در طول مسیر طراحی و ساخته می‌شوند. کاربرد این مخازن کنترل و تنظیم دبی در طول مسیر است و این مخازن، گاه به صورت بتنی بر روی زمین و گاه به صورت فلزی و در ارتفاع مناسب تعبیه می‌شوند.

 

نمونه پروژه های اجرایی شرکت طرح و کار در زمینه خطوط انتقال آب

یکی از پروژه‌های اجرایی شرکت فنی مهندسی طرح و کار که توسط گروه مهندسی آب این شرکت طراحی شده و به بهره برداری رسید، شامل خطوط انتقال آب به منظور آبرسانی به معادن بوده است.

دبی آب	۷۵ لیتر در ثانیه
کل املاح محلول	۴۰۰۰۰ میلیگرم در لیتر
جنس لوله	پلی اتیلن PE100
فشار کاری	۶ بار
طول خط لوله	۸ کیلومتر
اختلاف ارتفاع	۲۰ متر
توان ایستگاه پمپاژ	۹۰ کیلووات
تعداد پمپ‌ها	۴ عدد
تعداد منهول‌ها	۲ عدد
شیرآلات تخلیه هوا	۵ عدد سایز ۴ اینچ

 

طراحی، اجرا، نصب و راه اندازی انواع خطوط انتقال، شبکه های توزیع آب و ایستگاههای پمپاژ و مخازن ذخیره بتنی در شرکت فنی مهندسی طرح و کار در سایزهای مختلف و به صورت پیمانکاری EPC انجام می‌گیرد. در واقع طراحی خطوط انتقال در نرم افزار مهندسی Water Gems شبیه سازی شده و همچنین آیین نامه شماره ۳-۱۱۷ سازمان برنامه و بودجه جهت شبکه‌های آبرسانی مد نظر قرار می‌گیرد.

برای اطلاعات بیشتر همین حالا با تیم ما تماس بگیرید!