طرق تحليل شبكات المياه
شبكة توزيع المياه
شبكة توزيع المياه هي سلسلة ضخمة من الأنابيب المتشعبة تكون بدايتها أي طرفها العلوي من طرف المنبع من ناحية خزان تجميع المياه الرئيسي أو محطة التنقية، وتكون نهايتها بواسطة نقاط الاستهلاك التي تشكل وصلات خدمة المشتركين في حال استخدمت في توزيع مياه المدن أو المناهل الحقلية في حالة شبكات الري.
أنواع شبكات توزيع المياه
تتكوّن شبكات توزيع المياه الموجودة في المدن من ثلاثة أنواع من الأنابيب تصنف وفقاً للوظيفة التي تؤديها وهي:
- خطوط النقل أو الجر (Transmission lines): هي المختصة بنقل المياه من مصدرها (خزانات التجميع الرئيسية) وإيصالها إلى منظومة التوزيع.
- أنابيب التوزيع الرئيسية (Distribution mains line): هي الأنابيب المختصة بنقل المياه وإيصالها إلى مختلف أنحاء المدينة.
- أنابيب الخدمة (Service Pipes): هي الأنابيب المنبثقة والمتشعبة عن أنابيب التوزيع، وتتمثل وظيفتها بنقل المياه منها إلى مختلف مواقع الاستهلاك.
تحليل أنابيب المياه
هو عبارة عن إخضاع قوة تدفّق السوائل عبر شبكة هيدروليكا بواسطة للتحليل؛ وخاصةً تلك التي تحتوي على عدد من الأفرع المتشابكة، ويكمن الهدف وراء وراء هذا التحليل رصد نسب التدفق وتحديد درجات هبوط الضغط داخل الأقسام الفردية للشبكة.
لا بد من التنويه إلى أنّه حتى يُصار إلى توجيه المياه إلى عدد من الأفراد المشتركين بنظام إمداد المياه في البلديات لا بد من توجيه المياه بواسطة شبكة مياه عذبة التي تعتبر المؤلفة من مجموعة من الأنابيب المتصلة، ويواجه هذا النوع من الشبكات عدد من المشكلات الخاصة بالتصميم الهيروليكي وتُعرف باسم تحليل شبكات الأنابيب، وغالباً ما يستخدم برنامج حاسوبي مختص بحل هذه المشكلة تلقائياً فور حدوثها ومنها جدول ممتد مزود ببرنامج لحل المشكلات، أو من خلال آلة حديثة لحساب الرسوم البيانية.
طرق تحليل شبكات المياه
برنامج إبانيت
يختص هذا البرنامج بعمل نموذج للتمثيل الهيدروليكي بواسطة تحليل شبكات المياه هيدروليكياً؛ ويتم ذلك من خلال دراسة الوضع الراهن لشبكات المياه وتحليلها وفقاً لمعطيات التشغيل، ويعمل البرنامج على تصميم دورات الري وسيناريوهات التشغيل واقتراحها وفقاً للأساس الهيدروليكي وما ينفذه البرنامج:
- إنشاء شبكة مياه تتطابق مع الوضع الراهن بالاعتماد على البرنامج.
- تزويد البرنامج بالمعلومات المتعلقة بمكونات الشبكة؛ ومنها المضخة والخزان والأنابيب والنقاط.
- استعراض ما آل إليه البرنامج من نتائج.
طريقة هاردي كروس
تعدّ هذه الطريقة بأنها تقليدية للغاية في حل الشبكات؛ إذ تُستهل أولى خطواتها بوع قيم ابتدائية لتدفقات السوائل عبر الشبكة.
الطريقة الخطية
تعرف أيضاً بطريقة وورد-جارلس، وتؤدي دوراً مهماً في إيجاد حلول لمنظومة معادلات شبكات الأنابيب، وتعتمد كلياً على مبدأ تحويل المعادلات غير الخطية المعتمدة على فواقد الاحتكاك إلى معادلات خطية بحتة.
طريقة نيوتن رافسون
تركز هذه الطريقة على المعادلات غير الخطية، كما أنّها تعتبر الطريقة الأنسب لحل هذه المعادلات.
منظومات المعادلات لشبكات الأنابيب
تقدم معادلتين تتعلق بالأنابيب البسيطة، حيث تعمل هاتان المعادلتان على حساب حاصل التصاريف وفواقد الاحتكاك في أنبوب وهما:
- معادلة الاتصال: تشترط ضرورة وجود تصريف داخل نحو نقطة ما تتقاطع بالتساوي مع التصريف الخارج منها.
- معادلة الطاقة: تشترط ضرورة إيجاد مجموع فواقد الاحتكاك المتمركزة حول أي نقطة تساوي صفراً.
