بررسی اثر مدیریت فشار بر میزان مصرف آب و کاهش آب بدون درآمد در یک شبکه آب ایزوله

نوع محتوی: طرح پژوهشی
زبان: فارسی
شناسه ملی سند علمی: R-1987154
تاریخ درج در سایت: 6 خرداد 1403
مشاهده: 572
تعداد صفحات: 108
سال انتشار: 1397

فایل این طرح پژوهشی در 108 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

  • من نویسنده این مقاله هستم

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این طرح پژوهشی:

چکیده طرح پژوهشی:

کمبود منابع آب، همواره یکی از مشکلات اساسی در توسعه فعالیت های اقتصادی و اجتماعی است..با توجه به این نگرش و نظر به تحولات اقتصادی منابع طبیعی و طرح دیدگاه های جدید در مورد بهره برداری منطقی و مناسب از منابع، به طور خاص موجب شده است که استفاده از دانش و ملاحظات اقتصادی و اجتماعی در برنامه ریزی و مدیریت عرضه و تقاضای آب، جایگاهی مهم را به خود اختصاص دهد که یکی از مهمترین موضوع های در این زمینه، کاهش آب بدون درآمد است.

به طور معمول هدررفت آب جزئی اجتناب ناپذیر در تمامی شبکه های آبرسانی می باشد، که تنها مقدار حجم آن در شبکه های آبرسانی مختلف متغیر می باشد. در این میان یکی از گامهای اصلی و حیاتی فعالیت های کاهش هدررفت و کاهش آب بدون درآمد در شبکه های آبرسانی و حصول اطمینان از اندازه گیری دقیق هریک از این اجزا و یا تخمین آن ها می باشد.

با توجه به اهمیت این فشار در کارکرد شبکه و نیز اهمیت آن در میزان آب مصرفی، در این تحقیق به موضوع مدیریت فشار و تاثیر آن بر میزان مصرف آب و آب بدون درآمد پرداخته شده است.به این منظور در دو سناریو فشار شبکه و مصرف مشترکین اندازه گیری گردید. در سناریو نخست، شبکه در شرایط عادی مورد بررسی قرار می گیرد. در این شرایط شیرهای فشارشکن بدون تجهیرات کنترل هوشمند فشار به کار رفته است. در سناریو دوم کنترلگر هوشمند فشار بر روی شیر فشار شکن نصب شده و براین اساس میزان مصرف (دبی ورودی به شبکه مجزا) تغییر داده می شود. در این شرایط نیز فشار در شبکه از مدل سازی هیدرولیکی و میزان آب بدون درآمد از اختلاف قرائت کنتورهای مشترکین با قرائت کنتور های مرز ورودی شبکه تعیین می شود. بررسی ها نشان داد که نصب تجهیرات کنترل هوشمند فشار موجب کاهش ۲ درصد در میزان مصرف شبکه گردید.

در ادامه به منظور بررسی و تدقیق وضعیت شبکه، مدل سازی هیدرولیکی در نرم افزار واترجمز انجام گردید. مشاهده شد که نتایج حاصل از مدل سازی ها بیان گر اثر مثبت تجهیزات هوشمند کنترل فشار بر میزان آب بدون درآمد می باشد که با نتایج حاصل از اندازه گیری میدانی از طریق قرائت کنتورهای مشترکین و مدیریت فشار انطباق دارد.

همچنین نتایج مدل سازی نشان داد که کاهش فشار میانگین ۳ متر آب می تواند منجر به ذخیره آب به میزان ماهانه ۲۰۷۶۰ متر مکعبی گردد که در کل مصرف مشترکین نسبت به سال ۹۲ کاهش داشته است.

کلمات کلیدی:آب تولیدی خالص، تلفات ظاهری، تلفات واقعی، حجم آب ورودی به سیستم، مدیریت فشار و هدر رفت، مصارف مجاز، منطقه مجزا (DMA)

فهرست مطالب طرح پژوهشی

فصل اول کلیات تحقیق

۱-۱- مقدمه. ۳

۱-۲- اهداف برنامه مدیریت تقاضا ۴

۱-۲-۱- محدود کردن، کاهش ابعاد و یا تعویق نیاز به توسعه تاسیسات آب و فاضلاب.. ۵

۱-۲-۲- بهبود شرایط بهره برداری و افزایش عمر مفید تاسیسات.. ۵

۱-۲-۳- کاهش هزینه های بهره برداری.. ۶

۱-۲-۴- افزایش انعطاف پذیری در مواجهه با چالشهای کم آبی. ۶

۱-۲-۵- توسعه پایدار و حفاظت از منابع آب.. ۶

۱-۳- تولید، تخصیص و مبادی مصرف آب.. ۷

۱-۴- بیان موضوع: ۷

۱-۵- اهمیت و ضرورت تحقیق. ۱۰

۱-۶- هدف از انجام تحقیق. ۱۱

۱-۷-سوالات تحقیق. ۱۲

۱-۸- خلاصه ساختار پایان نامه. ۱۲

فصل دوم مروری بر مطالعات پیشین

۲-۱-مقدمه. ۱۴

۲-۲- خلاصه مطالعات پیشین. ۱۴

۲-۳- مقدمه و ضرورت انجام فشارسنجی. ۱۸

۲-۴- تقسیم بندی شبکه های توزیع از نظر سیستم تامین فشار. ۱۹

۲-۵- سیستم های تنظیم کننده فشار در شبکه. ۲۲

۲-۵-۱ شیرهای فشارشکن. ۲۳

۲-۶- مقدمه ای بر مدیریت فشار در شبکه. ۲۳

۲-۶-۱- تدابیر عمومی برای مدیریت فشار. ۲۴

۲-۶-۲- کنترل دینامیک فشار. ۲۶

۲-۶-۳- ارائه نمونه ای از اعمال مدیریت فشار. ۲۷

۲-۷- ترسیم خطوط هم فشار. ۲۹

فصل سوم روش انجام تحقیق

۳-۱-مقدمه. ۳۲

۳-۲-تاریخچه شرکت آب و فاضلاب منطقه ۴ شهر تهران. ۳۲

۳-۳-بررسیهای مقدماتی و جمع آوری اطلاعات پایه موجود ۳۳

۳-۳-۱- مشخصات منطقه مورد مطالعاتی تحت پوشش مخزن ۲. ۳۴

۳-۳-۲- بررسی نحوه راهبری سیستم شبکه توزیع در منطقه مورد مطالعه. ۳۴

۳-۳-۲-۱- نوع شبکه توزیع: ۳۴

۳-۳-۲-۲-بررسی ورودی شبکه: ۳۴

۳-۳-۳- اطلاعات فشارشبکه منطقه مجزا و الگوی فشار خروجی شیر فشار شکن : ۳۶

۳-۴- مدلسازی نرم افزاری.. ۳۹

۳-۴-۱- مقدمه. ۳۹

۳-۵- ضرورت و اهداف مدلسازی هیدولیکی شبکه در پروژه های آب بدون در آمد. ۴۰

۳-۶- روابط هیدرولیکی. ۴۱

۳-۷- خلاصه مراحل شبیه سازی و کابرد مدل : ۴۲

۳-۷-۱- ساخت مدل هیدرولیکی شبکه توسط نرم افزار. ۴۴

۳-۷-۱-۱- انجام مقدمات ساخت مدل هیدرولیکی شبکه با توجه به داده های موجود ۴۴

۳-۷-۱-۲-تصحیح شبکه موجود در فایلهای جی آی اس منطقه و فراخوانی آن به نرم افزار واترجمز. ۴۴

۳-۷-۱-۳-تخصیص ضرایب زبری اولیه لوله ها و ضرایب افت موضعی. ۴۵

۳-۷-۱-۴- تعریف و جایگذاری مخازن معادل. ۴۷

۳-۷-۱-۵-تعیین نیاز آبی مشترکین. ۴۹

۳-۷-۱-۶-تخصیص نیازهای آبی مشترکین به گره ها در مدل. ۵۳

۳-۷-۱-۷- تخصیص محدوده های مجاز سرعت و فشار در مدل بصورت گرافیکی. ۵۳

۳-۷-۱-۸- کالیبراسیون مدل هیدرولیکی. ۵۳

۳-۷-۱-۸-۱- مقدمه و ضرورت کالیبراسیون مدل هیدرولیکی. ۵۳

۳-۷-۱-۸-۲- منابع خطا در مدل نسبت به واقعیت.. ۵۴

۳-۷-۱-۸-۳- خطا در وسایل اندازه گیری دبی و فشار در شبکه. ۵۵

۳-۷-۱-۸-۴- روشهای کالیبراسیون مدل هیدرولیکی. ۵۶

۳-۷-۱-۸-۵- معیارهای انتخاب نقاط برداشت داده های میدانی با هدف کالیبراسیون مدل هیدرولیکی. ۶۱

۳-۷-۱-۹- اجرای اولیه مدل هیدرولیکی شبکه (بدون کالیبراسیون) ۶۲

فصل چهارم نتایج تحقیق

۴-۱- مقدمه. ۶۵

۴-۲- نتایج برداشتهای میدانی. ۶۵

۴-۲-۱-برداشت اطلاعات فشار : ۶۵

۴-۲- ۲- محاسبات دبی ورودی به شبکه مجزا (اخذ آمار تولید آب) ۶۷

۴-۲- ۳- محاسبات مصارف مشترکین در شبکه مجزا : ۷۰

۴-۲- ۴- محاسبه آب بدون در آمد: ۷۳

۴-۳- تحلیل اولیه مدل هیدرولیکی شبکه (بدون کالیبراسیون) ۷۴

۴-۳-۱- نتایج حاصل از تحلیل اولیه: ۷۴

۴-۳-۲- انتخاب نقاط فشارسنجی برای کالیبراسیون مدل هیدرولیکی. ۷۶

۴-۳-اجرا و تحلیل مدل هیدرولیکی منطقه مطالعاتی پس از کالیبراسیون... ۷۷

۴-۴-شبیه سازی اثرات کاهش فشار بر مصرف مشترکین : ۸۱

۴-۷-اثر مدیریت فشار در سال ۹۵ بر روی کاهش میزان تلفات نشت زمینه در شبکه. ۸۴

۴-۸-جمع بندی : ۸۵

فصل پنجم تیجه گیری و پیشنهادات

۵-۱- مروری بر اقدامات صورت گرفته: ۸۸

۵-۱-۲- نتایج حاصل از انجام پژوهش : ۸۸

۵-۲- پیشنهادات : ۸۹

منابع و مراجع: ۹۰

Abstract ۹۳

فهرست جداول

عنوان شماره صفحه
جدول ۱- ۱- استاندارد بالانس آب )انجمن بین المللی آب( ۸

جدول ۳-۱- اطلاعات کلی محدوده مطالعاتی ۳۵

جدول۳-۲- بازه سن لوله های شبکه به تفکیک جنس ۳۵

جدول ۳-۳- خطوط لوله به تفکیک قطر، طول و جنس ۳۵

جدول ۳-۴- شیرهای موجود در منطقه مطالعاتی به تفکیک نوع و کاربرد ۳۶

جدول ۳-۵- تخصیص ضرایب زبری اولیه لوله ها و ضرایب افت موضعی ۴۵

جدول ۳-۶- تخمین مصارف میانگین سالانه و روزانه از ابتدای نیمه دوم سال ۹۱ تا انتهای نیمه اول سال ۹۲. ۵۰

جدول۳-۷- محاسبه ضرایب ماهیانه نیاز آبی ۵۱

جدول ۳-۸- ضرایب مورد استفاده برای تعیین حداکثر نیاز آبی گرهی از روی میانگین روزانه در سناریوی حداکثر مصرف ۵۲

جدول ۳-۹- معیارهای تعداد و دقت داده های مورد نیاز برای کالیبراسیون مدل هیدرولیکی بر اساس توصیه های ECAC ۶۲

جدول ۳-۱۰- مشخصات و فرضیات محاسباتی مدل اولیه ۶۳

جدول ۴-۱- درصد مشترکین به تفکیک کاربری ۷۰

جدول۴-۲- مقایسه تعداد مشترکین و واحد منطقه مورد مطالعه ۷۱

جدول۴-۳- محاسبه درصد میزان آب بدون در آمد ۷۳

جدول ۴-۴- خلاصه آماری نتایج مدل قبل و بعد از کالیبراسیون ۷۹

جدول۴-۵- محاسبه کاهش مصرف مشترکین در روز ۲۴۵ ام سال ۹۲. ۸۳

جدول۴-۶- محاسبه کاهش مصرف مشترکین در روز ۲۴۵ ام سال ۹۵. ۸۴

فهرست نمودارها

عنوان شماره صفحه
نمودار ۳-۱- ضرایب ماهیانه نیاز آبی نسبت به میانگین در سال ۵۱

نمودار ۴-۱- نمونه فشار خروجی در اول آذر ۱۳۹۲ به میزان ۲۴ متر ۶۶

نمودار ۴-۲- نمونه فشار خروجی در اول آذر ۱۳۹۵ به میزان۱۷ متر ۶۶

نمودار ۴-۳- نمودار کلی اطلاعات فشار در بازه زمانی مورد نظر با فشار میانگین در حدود ۲۴ متر ۶۷

نمودار ۴-۴- نمودار کلی اطلاعات فشار در بازه زمانی مورد نظر با فشار میانگین در حدود ۲۱ متر ۶۷

نمودار ۴-۵- ورود آب به محدوده در دو ماه سال۹۲-۱۲۲۳۹۹۳ مترمکعب ۶۸

نمودار۴-۶- ورود آب به محدوده در دو ماه سال۹۵-۱۳۱۰۵۰۴ مترمکعب ۶۹

نمودار ۴-۷- مقایسه آب ورودی به شبکه در سال ۱۳۹۲ و ۱۳۹۵. ۶۹

نمودار۴-۸- روند مصرف مشترکین در دو ماه سال ۹۲ به میزان ۱۰۴۵۸۳۱. ۷۲

نمودار۴-۹- روند مصرف مشترکین در دو ماه سال ۹۵ به میزان ۱۱۴۴۱۹۵. ۷۲

نمودار ۴-۱۰- مقایسه مصرف مشترکین در سال ۱۳۹۲ و ۱۳۹۵. ۷۲

نمودار۴-۱۱-فشار دو ماهه گره ۱۳۳۸ ام در سال ۹۲ و ۹۵. ۸۱

نمودار ۴-۱۲-نمودار دو ماهه مقایسه نیاز آبی ۸۲

نمودار ۴-۱۳-نمودار یک روزه مقایسه نیاز آبی سال ۹۲ و ۹۵- همانگونه که مشخص است کاهش نیاز آبی در سال ۹۵ بیشتر از سال ۹۲ بوده و نشان دهنده اثر بخشی مناسب مدیریت فشار شبکه است ۸۳

فهرست شکل ها

عنوان شماره صفحه
شکل ۲-۱. تغییرات فشار نقطه میانگین منطقهAZP در یک شبکه ثقلی و رابطه آن با جریان و نشت ۲۰

شکل ۲-۲. تغییرات فشار AZP در یک شبکه پمپاژ مستقیم و رابطه آن با جریان و نشت ۲۲

شکل ۲-۳.تقسیمات فشار در زمان پیک مصرف در یک منطقه ی نمونه ۲۴

شکل ۲-۴. تقسیمات فشار در زمان هایی که مصرف کم است ۲۵

شکل ۲-۵- الف) نوسانات فشار و جریان در طول شبانه روز (در حالت بدون مدیریت فشار ) ۲۷

شکل ۲-۵ ب) نوسانات فشار و جریان در طول شبانه روز (در حالت مدیریت فشار توسط PRV با خروجی ثابت ) ۲۸

شکل ۲-۵ ج) نوسانات فشار و جریان در طول شبانه روز (در حالت مدیریت فشار توسط PRV با کنترلگر زمان ) ۲۸

شکل ۲-۵ د) نوسانات فشار و جریان در طول شبانه روز (در حالت مدیریت فشار توسط PRV با کنترلگر جریان ) ۲۸

شکل ۳-۱- محدوده مطالعاتی تحت پوشش مخزن ۲ آب و فاضلاب منطقه ۴ تهران ۳۴

شکل ۳-۲ نمایی از شیر فشار شکن ساده بدون ادوات کنترل هوشمند ۳۸

شکل ۳-۳- نمونه پایلوت استفاده شده جهت کنترل هوشمند فشار بر روی شیر فشار شکن ۳۸

شکل ۳-۴- نمایی از یک شیر فشار شکن به همراه ادوات کنترل هوشمند فشار ۳۸

شکل۳-۵- شماره مدل ساخته شده منطقه ۴ تحت پوشش مخزن ۲. ۴۵

شکل ۳-۶ الگوی تراز سطح آب در مخزن معادل در ورودی زاهد گیلانی ۴۸

شکل۳-۷‑ الگوی تراز سطح آب در مخزن معادل در ورودی توانبخشی ۴۸

شکل ۳-۸- الگوی تراز سطح آب در مخزن معادل در ورودی انقلاب- مدنی ۴۹

شکل ۳-۹- الگوی مصرف ساعتی در یک روز ۵۲

شکل ۳-۱۰- تقسیم بندی روش های کالیبراسیون ۵۶

شکل ۴-۱- جانمایی کنتورهای ورودی در نقشه منطقه مجزا ۶۸

شکل۴-۲- پراکندگی مشترکین در منطقه مطالعاتی ۷۱

شکل ۴-۳- سرعت لوله های شبکه در زمان حداکثر نیاز آبی پس از اجرای مدل اولیه ۷۵

شکل ۴-۴- خطوط همفشار شبکه در زمان حداکثر نیاز آبی پس از اجرای مدل اولیه ۷۵

شکل ۴-۵- خطوط همفشار شبکه در زمان حداقل نیاز آبی پس از اجرای مدل اولیه ۷۶

شکل ۴‑۶- موقعیت نقاط فشارسنجی مورد استفاده برای کالیبراسیون مدل هیدرولیکی ۷۷

شکل ۴-۷- سرعت آب در لوله ها پس از کالیبراسیون ۷۸

شکل ۴-۸- خطوط هم فشار شبکه در زمان حداکثر نیاز آبی پس از کالیبراسیون مدل ۷۸

شکل ۴-۹- خطوط همفشار شبکه در زمان حداقل نیاز آبی پس از کالیبراسیون ۷۸

شکل۴-۱۰- کانتورهای فشار شبکه در سال ۹۲ قبل از مدیریت فشار ۸۰

شکل۴-۱۱- کانتورهای فشار شبکه در سال ۹۵بعد از مدیریت فشار در ساعت ۳ بامداد ۸۰

شکل۴-۱۲- کانتورهای فشار شبکه در سال ۹۵ بعد از مدیریت فشار در ساعت ۱۲ ظهر ۸۱

شکل۴-۱۳- کانتور مصرف مشترکین در روز ۲۴۵ ام سال ۹۲. ۸۲

شکل۴-۱۴- کانتور مصرف مشترکین در روز ۲۴۵ ام سال ۹۵. ۸۲

شکل ۴-۱۵- رابطه بین نشت و فشار بر ای یک اریفیس ۸۵

نمایش کامل متن