نظام توزيع المياه

نظام توزيع المياه هو جزء من شبكة إمدادات المياه مع مكونات تحمل مياه الشرب من محطة معالجة مركزية أو آبار إلى المستهلكين لتلبية المتطلبات السكنية والتجارية والصناعية ومكافحة الحرائق. ^{[3] [4]}

شبكة توزيع المياه هو المصطلح المستخدم للإشارة إلى جزء من نظام توزيع المياه يصل إلى نقاط خدمة مستهلكي المياه بالجملة أو عقد الطلب حيث يتم تجميع العديد من المستهلكين معًا. ^[5] تستخدم منظمة الصحة العالمية مصطلح نظام نقل المياه لشبكة من الأنابيب، بشكل عام في هيكل يشبه الشجرة، والتي تُستخدم لنقل المياه من محطات معالجة المياه إلى خزانات الخدمة ، وتستخدم مصطلح نظام توزيع المياه لشبكة من الأنابيب التي تحتوي بشكل عام على هيكل حلقي لتزويد المستهلكين بالمياه من خزانات الخدمة وخزانات الموازنة . ^[6]

يتكون نظام توزيع المياه من خطوط الأنابيب ومرافق التخزين والمضخات والملحقات الأخرى. ^[7]

تُستخدم خطوط الأنابيب الموضوعة داخل حق المرور العام والتي تسمى خطوط المياه الرئيسية لنقل المياه داخل نظام التوزيع. تُستخدم خطوط المياه الرئيسية ذات القطر الكبير والتي تسمى المغذيات الأولية للتوصيل بين محطات معالجة المياه ومناطق الخدمة. يتم توصيل المغذيات الثانوية بين المغذيات الأولية والموزعين . الموزعون هم خطوط مياه رئيسية تقع بالقرب من مستخدمي المياه، والتي تزود أيضًا صنابير إطفاء الحرائق الفردية بالمياه . ^[8] خط الخدمة هو أنبوب صغير القطر يستخدم للتوصيل من خط المياه الرئيسي من خلال صنبور صغير إلى عداد المياه في موقع المستخدم. يوجد صمام خدمة (يُعرف أيضًا باسم حاجز الرصيف ) على خط الخدمة الموجود بالقرب من رصيف الشارع لإيقاف المياه عن موقع المستخدم. ^[9]

توفر مرافق التخزين أو خزانات التوزيع تخزينًا لمياه الشرب النظيفة (بعد عملية معالجة المياه المطلوبة) لضمان حصول النظام على ما يكفي من المياه للخدمة استجابةً للطلبات المتقلبة ( خزانات الخدمة )، أو لمعادلة ضغط التشغيل ( خزانات الموازنة ). ويمكن أيضًا استخدامها مؤقتًا لتلبية متطلبات مكافحة الحرائق أثناء انقطاع التيار الكهربائي. فيما يلي أنواع خزانات التوزيع:

• خزان تخزين تحت الأرض أو خزان مياه مغطى بالكامل : منشأة تخزين تحت الأرض أو خزان كبير محفور في الأرض ومغطى بالكامل. يمكن تبطين جدران وقاع هذه الخزانات بمواد غير منفذة لمنع تسرب المياه الجوفية. ^[10]
• خزان مياه مغطى : خزان كبير محفور في الأرض به تدابير أو بطانة كافية لمنع جريان المياه السطحية وتسرب المياه الجوفية ولكنه لا يحتوي على غطاء علوي. هذا النوع من الخزانات أقل استحسانًا لأن المياه لن تتم معالجتها بشكل أكبر قبل التوزيع وهي عرضة للملوثات مثل فضلات الطيور والأنشطة الحيوانية والبشرية وتكاثر الطحالب والترسيب المحمول جوًا. ^[10]
• الخزان السطحي (المعروف أيضًا باسم خزان التخزين الأرضي وخزان التخزين الأرضي ): منشأة تخزين مبنية على الأرض مع جدار مبطن بالخرسانة أو الخرسانة الرشاشة أو الأسفلت أو الغشاء. عادة ما يتم تغطية الخزان السطحي لمنع التلوث. توجد عادةً في مناطق مرتفعة الارتفاع بها ما يكفي من الضغط الهيدروليكي للتوزيع. عندما لا يتمكن الخزان السطحي عند مستوى الأرض من توفير ضغط هيدروليكي كافٍ لنظام التوزيع، ستكون هناك حاجة إلى مضخات تعزيز. ^{[4] [11]}
• برج المياه (يُعرف أيضًا باسم الخزان السطحي المرتفع ): خزان مياه مرتفع. هناك بعض الأنواع الشائعة مثل خزان التخزين المرتفع الكروي، وهو خزان كروي فولاذي أعلى عمود فولاذي صغير القطر؛ وخزان تخزين مرتفع مركب، وهو خزان فولاذي على عمود خرساني كبير القطر؛ وخزانات تخزين مرتفعة هيدروليكية، وهي خزان فولاذي على عمود فولاذي كبير القطر. يمكن استخدام المساحة داخل العمود الكبير أسفل خزان المياه لأغراض أخرى مثل مساحة المكتب متعددة الطوابق ومساحة التخزين. أحد الاهتمامات الرئيسية لاستخدام أبراج المياه في نظام توزيع المياه هو جمال المنطقة. ^{[11] [12]}
• الأنبوب القائم : خزان مياه عبارة عن مزيج من خزان تخزين أرضي وبرج مياه. وهو يختلف قليلاً عن برج المياه المرتفع حيث يسمح الأنبوب القائم بتخزين المياه من مستوى الأرض إلى أعلى الخزان. تسمى منطقة التخزين السفلية بالتخزين الداعم، والجزء العلوي الذي سيكون على ارتفاع مماثل لبرج المياه المرتفع يسمى التخزين المفيد. ^[4]
• حوض الصرف الصحي : هو مرفق لتخزين المياه في حالات الطوارئ ولا يستخدم لتوزيع المياه بشكل مباشر. وعادة ما يتم بناؤه تحت الأرض على شكل دائري مع قمة قبة فوق الأرض. وسيتم ضخ المياه من حوض الصرف الصحي إلى خزان الخدمة عند الحاجة إليها. ^[12]

توجد مرافق التخزين عادةً في وسط مواقع الخدمة. يؤدي وجودها في الموقع المركزي إلى تقليل طول خطوط المياه الرئيسية إلى مواقع الخدمة. وهذا يقلل من خسائر الاحتكاك عند نقل المياه عبر خط المياه الرئيسي. ^[4]

• مرافق التخزين
• 
  خزان تخزين تحت الأرض
• 
  خزان مياه مكشوف جاهز
• 
  خزان تخزين أرضي
• 
  خزان تخزين كروي مرتفع
• 
  خزان تخزين مرتفع مركب
• 
  خزان تخزين مرتفع من نوع هيدروبيلار
• 
  أنبوب عمودي

بشكل عام، يمكن تصنيف نظام توزيع المياه على أنه يحتوي على تخطيط شبكي أو حلقي أو شعاعي أو مسدود. ^[13]

يتبع نظام الشبكة التصميم العام لشبكة الطرق مع خطوط المياه الرئيسية والفروع المتصلة في مستطيلات. مع هذا الطوبولوجيا، يمكن توفير المياه من عدة اتجاهات مما يسمح بدوران جيد للمياه والتكرار إذا تعطل قسم من الشبكة. تشمل عيوب هذا الطوبولوجيا صعوبة تحديد حجم النظام. ^[13]

يشتمل نظام الحلقة على خط رئيسي للمياه لكل طريق، كما يوجد خط فرعي متفرع من الخط الرئيسي لتوفير الدورة الدموية للعملاء. يتمتع هذا الطوبولوجيا ببعض مزايا نظام الشبكة، ولكن من الأسهل تحديد الحجم. ^[13]

يقوم النظام الشعاعي بتوصيل المياه إلى مناطق متعددة. وفي وسط كل منطقة، يتم توصيل المياه شعاعيًا إلى العملاء. ^[13]

يشتمل نظام الطرق المسدودة على أنابيب مياه رئيسية على طول الطرق بدون نمط مستطيل. ويستخدم في المجتمعات التي لا تكون شبكات الطرق فيها منتظمة. ونظرًا لعدم وجود وصلات متقاطعة بين الأنابيب الرئيسية، فقد يكون دوران المياه أقل وبالتالي قد يكون الركود مشكلة. ^[13]

تنقسم سلامة الأنظمة إلى سلامة فيزيائية، وسلامة هيدروليكية، وسلامة المياه. ^[3]

تتضمن السلامة المادية مخاوف بشأن قدرة الحواجز على منع التلوث من المصادر الخارجية من الوصول إلى أنظمة توزيع المياه. يمكن أن يحدث التدهور بسبب عوامل فيزيائية أو كيميائية. ^[3]

السلامة الهيدروليكية هي القدرة على الحفاظ على ضغط الماء الكافي داخل الأنابيب في جميع أنحاء أنظمة التوزيع. كما أنها تشمل الدورة وطول الوقت الذي تنتقل فيه المياه داخل نظام التوزيع مما يؤثر على فعالية المطهرات . [ ^3]

سلامة جودة المياه هي التحكم في التدهورات التي تحدث أثناء انتقال المياه عبر أنظمة التوزيع. يمكن أن تحدث تأثيرات جودة المياه بسبب عوامل السلامة الفيزيائية أو الهيدروليكية. يمكن أن تحدث تدهورات جودة المياه أيضًا داخل أنظمة التوزيع مثل نمو الكائنات الحية الدقيقة والنترتة والتآكل الداخلي للأنابيب. ^[3]

يتم إجراء التحليلات للمساعدة في تصميم وتشغيل وصيانة وتحسين أنظمة توزيع المياه. هناك نوعان رئيسيان من التحليلات: الهيدروليكية، وسلوك جودة المياه أثناء تدفقها عبر نظام توزيع المياه. ^[14] يعد تحسين تصميم شبكات توزيع المياه مهمة معقدة. ومع ذلك، فقد تم بالفعل اقتراح عدد كبير من الأساليب، والتي تعتمد بشكل أساسي على الميتا هيوريستكس. ^[15] يمكن أن يؤدي استخدام تقنيات التحسين الرياضي إلى توفير كبير في تكاليف البناء في هذه الأنواع من البنى التحتية. ^[16]

يمكن أن تكون المخاطر في أنظمة توزيع المياه في أشكال ميكروبية وكيميائية وفيزيائية. ^[6]

معظم الكائنات الحية الدقيقة غير ضارة داخل أنظمة توزيع المياه. ومع ذلك، عندما تدخل الكائنات الحية الدقيقة المعدية إلى الأنظمة، فإنها تشكل أغشية حيوية وتسبب مخاطر ميكروبية للمستخدمين. تتكون الأغشية الحيوية عادة بالقرب من نهاية التوزيع حيث تكون دورة المياه منخفضة. وهذا يدعم نموها ويجعل عوامل التطهير أقل فعالية. تأتي المخاطر الميكروبية الشائعة في أنظمة التوزيع من تلوث مسببات الأمراض البشرية والطفيليات التي تدخل الأنظمة من خلال التوصيلات المتقاطعة والكسور وأعمال خطوط المياه الرئيسية وخزانات التخزين المفتوحة. ^[6]

المخاطر الكيميائية هي تلك الناتجة عن منتجات التطهير الثانوية ، وتسرب مواد الأنابيب والتجهيزات، والمواد الكيميائية لمعالجة المياه. ^[6]

تشمل المخاطر المادية تعكر المياه، والروائح، والألوان، والقشور التي هي عبارة عن تراكمات للمواد داخل الأنابيب نتيجة للتآكل، وإعادة تعليق الرواسب. ^[6]

هناك العديد من الهيئات في جميع أنحاء العالم التي تضع معايير للحد من المخاطر في أنظمة التوزيع: NSF International في أمريكا الشمالية؛ اللجنة الأوروبية للمعايير ، ومؤسسة المعايير البريطانية و Umweltbundesamt في أوروبا؛ جمعية المعايير اليابانية في آسيا؛ ومعايير أستراليا في أستراليا؛ والمنظمة الوطنية البرازيلية للمعايير في البرازيل. ^[6]

يمكن أن يكون تلوث مياه الشرب بالرصاص ناتجًا عن تسرب الرصاص الذي كان يستخدم في أنابيب المياه القديمة وخطوط الخدمة ومفاصل الأنابيب وتركيبات السباكة والتجهيزات. ووفقًا لمنظمة الصحة العالمية، فإن المساهم الأكبر في وجود الرصاص في المياه في العديد من البلدان هو خط الخدمة بالرصاص. ^[6]

تتدهور جودة المياه بسبب تآكل أسطح الأنابيب المعدنية والوصلات في أنظمة التوزيع. يظهر تآكل الأنابيب في الماء على شكل لون وطعم ورائحة، وقد يتسبب أي منها في مشاكل صحية. ^[17]

ترتبط المشكلات الصحية بإطلاق المعادن النزرة مثل الرصاص أو النحاس أو الكادميوم في الماء. يمكن أن يسبب التعرض للرصاص تأخيرًا في النمو البدني والعقلي عند الأطفال. قد يؤدي التعرض الطويل الأمد للنحاس إلى تلف الكبد والكلى. قد يؤدي التعرض العالي أو الطويل الأمد للكادميوم إلى تلف أعضاء مختلفة. يتسبب تآكل الأنابيب الحديدية في صدأ المياه أو احمرارها. يمكن أن يتسبب تآكل أنابيب الزنك والحديد في طعم معدني. ^[17]

يمكن استخدام تقنيات مختلفة للتحكم في التآكل الداخلي، على سبيل المثال، ضبط مستوى الرقم الهيدروجيني ، وضبط الكربونات والكالسيوم لإنشاء كربونات الكالسيوم كطلاء لسطح الأنابيب، وتطبيق مثبط التآكل . على سبيل المثال، منتجات الفوسفات التي تشكل أغشية فوق أسطح الأنابيب هي نوع من مثبطات التآكل . هذا يقلل من فرصة تسرب المعادن النزرة من مواد الأنابيب إلى الماء. ^[18]

إن عملية تنظيف فوهات الحريق هي عملية إطلاق المياه بشكل مجدول من فوهات الحريق أو فوهات الحريق الخاصة لتطهير الحديد وغيره من الرواسب المعدنية من خط المياه الرئيسي. ومن الفوائد الأخرى لاستخدام فوهات الحريق لتنظيف خط المياه الرئيسي اختبار ما إذا كان يتم توفير المياه لفوهات الحريق بضغط مناسب لمكافحة الحرائق. أثناء تنظيف فوهات الحريق، قد يلاحظ المستهلكون لون الصدأ في مياههم حيث يتم تحريك رواسب الحديد والمعادن في هذه العملية. ^[19]

بعد أن تظل خطوط المياه الرئيسية في الخدمة لفترة طويلة، سيكون هناك تدهور في الأداء البنيوي وجودة المياه والأداء الهيدروليكي. قد يكون التدهور البنيوي ناتجًا عن العديد من العوامل. تتطور التآكل الداخلي والخارجي في الأنابيب المعدنية، مما يتسبب في ترقق جدران الأنابيب أو تدهورها. يمكن أن تتسرب أو تنفجر في النهاية. تخضع الأنابيب القائمة على الأسمنت لتدهور مصفوفة الأسمنت والفولاذ المقوى. تخضع جميع الأنابيب لفشل المفاصل. يشمل تدهور جودة المياه الترسب والترسيب وتكوين الأغشية الحيوية. الترسب هو تكوين رواسب صلبة على الجدار الداخلي للأنابيب. يمكن أن يكون هذا نتيجة ثانوية لتآكل الأنابيب الممزوج بالكالسيوم في الماء، والذي يسمى الدرنات. يحدث الترسيب عندما تترسب المواد الصلبة داخل الأنابيب، وعادةً في التجاويف بين تراكمات الترسب. عندما يكون هناك تغيير في سرعة تدفق المياه (مثل الاستخدام المفاجئ لفوهة إطفاء الحرائق)، فإن المواد الصلبة المستقرة سوف تتحرك، مما يتسبب في تغير لون الماء. يمكن أن تتطور الأغشية الحيوية في الأنابيب شديدة التقشر وبالتالي ذات الأسطح الخشنة حيث يُسمح للبكتيريا بالنمو، فكلما زادت خشونة الجدار الداخلي، زادت صعوبة قتل المطهر للبكتيريا على سطح جدار الأنبوب. يمكن أن يكون التدهور الهيدروليكي الذي يؤثر على الضغوط والتدفقات نتيجة لتدهور آخر يعيق تدفق المياه. ^[20]

عندما يحين وقت تجديد خط المياه الرئيسي، هناك العديد من الاعتبارات في اختيار طريقة التجديد. يمكن أن يكون ذلك استبدال الخندق المفتوح أو إحدى طرق إعادة تأهيل خطوط الأنابيب. بعض طرق إعادة تأهيل خطوط الأنابيب هي انفجار الأنابيب ، وانزلاق الأنابيب ، وبطانة الأنابيب . ^[20]

• طرق تجديد خطوط المياه
• 
  استبدال خط المياه الرئيسي ذو الخندق المفتوح
• 
  يوفر صنبور التغذية المياه إلى أنابيب الالتفافية المؤقتة
• 
  توصيل خدمة أنابيب الالتفافية المؤقتة
• 
  صنبور إطفاء مؤقت

عند استخدام طريقة إعادة التأهيل في الموقع، فإن إحدى الفوائد هي التكلفة المنخفضة، حيث لا توجد حاجة للحفر على طول خط أنابيب المياه الرئيسي بالكامل. يتم حفر حفر صغيرة فقط للوصول إلى خط المياه الرئيسي الحالي. ومع ذلك، فإن عدم توفر خط المياه الرئيسي أثناء إعادة التأهيل يتطلب بناء نظام تجاوز مياه مؤقت ليكون بمثابة خط أنابيب رئيسي للمياه في المنطقة المتضررة. ^[21] يجب تصميم نظام تجاوز المياه المؤقت (المعروف باسم أنابيب التجاوز المؤقتة ^[22] ) بعناية لضمان إمداد كافٍ من المياه للعملاء في منطقة المشروع. يتم نقل المياه من صنبور تغذية إلى أنبوب مؤقت. عندما يعبر الأنبوب ممرًا أو طريقًا، يجب وضع غطاء أو رقعة باردة في مكانها للسماح للسيارات بعبور الأنبوب المؤقت. يمكن إجراء توصيلات خدمة مؤقتة للمنازل بالأنبوب المؤقت. من بين العديد من الطرق لإجراء اتصال مؤقت، فإن الطريقة الشائعة هي توصيل اتصال الخدمة المؤقت بخراطيم الحديقة. يجب أن يضيف الأنبوب المؤقت أيضًا صنابير إطفاء مؤقتة للحماية من الحرائق. ^[23]

نظرًا لأن أعمال خط المياه الرئيسي يمكن أن تزعج خطوط الخدمة الرصاصية ، مما قد يؤدي إلى ارتفاع مستويات الرصاص في مياه الشرب، فمن المستحسن أنه عندما تخطط شركة مرافق المياه لمشروع تجديد خط المياه الرئيسي، يجب أن تعمل مع أصحاب العقارات لاستبدال خطوط الخدمة الرصاصية كجزء من المشروع. ^[24]

• شبكة إمدادات المياه
• التدفئة المركزية لنظام توزيع المياه الساخنة