بررسی آزمایشگاهی رابطه نشت فشار در لوله های پلی اتیلن

سید احمدرضا شاهنگیان : دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران آب و فاضلاب، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران a.shahangian@ut.ac.ir

مسعود تابش : استاد دانشکده مهندسی عمران و عضو قطب علمی مهندسی و مدیریت زیرساخت‌های عمرانی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران -mtabesh@ut.ac.ir

مقاله بررسی آزمایشگاهی رابطه نشت فشار در لوله‌های پلی اتیلن کنفرانس بین المللی دستاوردهای نوین در مهندسی عمران، معماری، محیط زیست و مدیریت شهری در 25 خرداد 1394 ارائه شده است.
چکیده : مسئله نشت از شبکه‌های توزیع آب شهری، یک نگرانی اصلی و رو به رشد به دلیل افزایش تقاضا و صرف هزینه در مدیریت منابع آب محسوب می‌شود. بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که سالانه حدود 23 میلیارد مترمکعب آب با ارزشی حدود 18 میلیارد دلار، از سیستمهای توزیع آب سراسر جهان از طریق نشت هدر میرود. عوامل بسیاری در ایجاد و گسترش نشت از این شبکه‌ها نقش دارند که از این بین، وابستگی بین مقدار نشت و فشار در این سامانه‌ها امر شناخته‌شده‌ای می‌باشد و شاید فشار بالاترین و فوری‌ترین اثر را بر روی نشت داشته باشد. با توجه به اینکه تحقیقات در این زمینه نسبتاً اندک و پراکنده بوده، ابهاماتی با مرور پیشینه تحقیقات به وجود آمد که در این مقاله ضمن بیان این ابهامات، بر روی آنها بحث شده است. هدف اصلی از ارائه این مقاله بیان و پاسخگویی به برخی از این ابهامات همراه با بررسی نتایج آزمایشگاهی رابطه نشت فشار بر روی لوله پلی اتیلن است. 
آزمایشات بر روی ست آزمایشگاهی ساخته شده در دانشکده فنی دانشگاه تهران با ایجاد نشت مصنوعی بر روی لوله پلی اتیلن انجام شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهد توان نشت برای لوله‌هایی با رفتار الاستیک، مثل لوله‌های پلی اتیلن، بیشتر از این افزایش احتمالاً به دلیل رفتار الاستیک لوله و افزایش سطح مقطع نشت در فشارهای بالا میباشد.

کلمات کلیدی : تغییر سطح مقطع نشت، رابطه نشت فشار، بررسی آزمایشگاهی، شبکه های توزیع آب شهری, لوله پلی اتیلن

این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا مراجعه نماید

مقدمه
شبکه‌های توزیع آب که به عنوان عناصر کلیدی و تأثیرگذار در زیرساختهای شهری، وظیفه انتقال آب از منابع تأمین کننده به دست مصرف کنندگان با فشار کافی و کیفیت مناسب را دارند، در سطح جهانی در حال فرسوده شدن هستند. مسئله نشت به عنوان یکی از مهمترین مشکلات شبکه‌های توزیع آب، همه ساله هزینه و نیروی زیادی را به دولت‌ها و سازمان‌های بهره‌بردار تحمیل میکند که یک نگرانی اصلی و رو به رشد به دلیل افزایش تقاضا و صرف هزینه در مدیریت منابع آب محسوب میشود.
بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که سالانه حدود 23 میلیارد مترمکعب آب از سیستمهای توزیع آب از طریق نشت هدر میرود همچنین ارزش این هدر رفت در سراسر جهان در حدود 18 میلیارد دلار در سال تخمین زده شده است بر طبق آمار اعلام شده از سوی شرکت آب و فاضلاب کشور، مقدار متوسط آب به حساب نیامده در 31 درصد است ( شرکت آب و فاضلاب کشور، 8216 ). از اینرو بررسی / 28 درصد و در مناطق شهری 2 / شبکه‌های روستایی 62 عوامل مؤثر در نشت، کنترل و کاهش آن در شبکه‌های آبرسانی، با بازیابی بخشی از حجم آب هدر رفته، نه تنها موجب حفظ و حراست از منابع تأمین کننده آب با استفاده بهینه از آنها شده، بلکه موجب رشد و شکوفایی اقتصادی دولت‌ها با صرفه جویی در هزینه‌های تأمین، انتقال، تصفیه و توزیع آب گردیده و به دولت‌ها اجازه سرمایه گذاری در سایر بخش‌ها، به خصوص بخش‌های اقتصادی را می‌دهد.
عوامل بسیاری در ایجاد و گسترش نشت از شبکه‌های توزیع آب نقش دارند که برخی از این عوامل عبارت‌اند از:

– فشار بالا در شبکه
– افزایش سن لوله‌ها
– خطای طراحی و اجرا
– ضربه
– بار ترافیکی

و بسیاری عوامل دیگر. از بین عوامل مؤثر بر نشت، وابستگی بین مقدار نشت و میزان فشار در سامانه‌های آبرسانی امر شناخته‌شده‌ای می‌باشد و اثر فشار که شاید بالاترین و فوری‌ترین اثر را علیرغم اهمیت فراوان رابطه بین نشت و فشار , بر روی نشت داشته باشد، برای تمام سیستم‌ها یکسان میباشد و چگونگی تعامل این دو عامل با یکدیگر، تاکنون تحقیقات اندکی در خصوص ارائه یک فرمول جامع برای وابستگی نشت و فشار موجود در شبکه صورت گرفته و مطالعات انجام‌شده در این زمینه شامل یک سری روابط و نتایج آزمایشگاهی یا میدانی بوده و نتایج حاصل از آنها بر روی شبکه‌های توزیع آب شهری دارای پراکندگی زیادی است. مبنای اکثر این تحقیقات، رابطه Torricelli و مفهوم منافذ ثابت و متغییر نشت ( تئوری Favad) بوده است و طیف وسیعی از توان‌های N و ضرایب k  در شرایط مختلف برای لوله‌های یکسان به دست آمده است که هیچ یک نتوانسته‌اند رفتار و وضعیت شبکه را در ورای محدوده تحقیقاتی خود به طور مناسبی توصیف کنند. در واقع هر یک از این روابط، در شرایط خاصی ارائه شده‌اند که امکان دارد در شرایط دیگری نتواند به خوبی گویای وضعیت شبکه باشد و صرفاً تحقیقات انجام شده محدود به شرایط و مکان انجام آزمایش بوده است.

مروری بر ادبیات فنی

در دهه‌های گذشته استفاده از رابطه 8، به منظور ارزیابی رابطه بین دبی خروجی از محل نشت و فشار داخل لوله، کم و بیش مورد بحث و بررسی قرار گرفته و تحقیقاتی هر چند اندک در این زمینه صورت گرفته است که این تحقیقات را میتوان بر اساس روش تحقیق، پارامتر مورد بررسی و شرایط محیطی اطراف لوله به دسته‌های زیر تقسیم نمود :
تحقیقات صورت گرفته بر اساس پارامتر مورد بررسی را می‌توان به سه دسته تقسیم‌بندی کرد :

– تحقیق بر روی ضریب تخلیه Cd
– سطح مقطع نشت Ao
– توان نشت n

تحقیقات صورت گرفته براساس روش تحقیق را میتوان به سه دسته تقسیم‌بندی کرد :

– تحقیقات میدانی ( آزمایش در بخشی از سیستمهای توزیع آب واقعی )
– تست‌های آزمایشگاهی ( شکست‌های واقعی و یا نشت مصنوعی )
– تحقیقات عددی و تئوری

تحقیقات صورت گرفته با توجه شرایط محیطی اطراف لوله را میتوان به سه دسته تقسیم‌بندی کرد:

– آزمایش در هوای آزاد ( در محل حوضچه‌ها یا در شرایطی که خاکی در اطراف لوله بر اثر جابجایی یا اجرای نامناسب وجود ندارد )
– آزمایش در حالت کاملاً مستغرق ( حالت آب شستگی کامل خاک اطراف لوله )
– آزمایش در حالت مدفون در خاک

تاکنون تحقیقات بسیاری بر روی توان نشت انجام شده است که در جدول 8 به آنها اشاره شده است.

این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا مراجعه نماید