» التحكم بتلوث الماء والهواء

منشآت مياه الشرب

د.م. شبلي الشامي

مقدمة
تتألف أنظمة مياه الشرب من أعمال التجميع-أعمال التنقية –أعمال النقل-أعمال التوزيع.ويحدد مصدر المياه طبيعة أعمال المياه فقد يكون مصدر المياه من مياه الأمطارأو المياه السطحية أو الجوفية – حيث تسحب المياه السطحية اما سحبآ مستمرآ(اذا كان المصدر أكبرتصريفآ من السحب) أوسحبآ اختياريآ (اذا كان المصدر صغير الغزارة أو ملوثآ وعندئذ تسحب المياه في موسم الفيضان) أونخزن مياه المصدرلتصبح أكبر من الاستهلاك وعندئذ توزع على المستهلكين بالضخ أو الجاذبية.
وتسحب المياه الجوفية من الينابيع أو الأبارأو منصات الترشيح أو الخزانات الجوفية.
أما أعمال التنقية فقد تحقق أغراضآ محددة  أما أعمال النقل من المصدر المائي الى شبكة التوزيع فتتعلق بالاعتبارات الاقتصادية والانشائية والهيدروليكية .
أعمال التوزيع الذي يوصل المياه للمستهلكين فتكون بنموذج الشجرة أو الحلقات ويمكن امداد المياه للمشاريع الخاصة من مصدر متوفر وقريب .
المتطلبات الانشائية
•تتعرض النواقل التي تنقل المياه تحت الضغط الى قوى مختلفة ، منفردة أو مجتمعة، منها:
•1- الضغط الداخلي المساوي للضاغط الساكن
•2-الضغط غير المتوازن على الأكواع والتقاطعات والنهايات
•3-المطرقة الداخلية أو الضغط الداخلي المتزايد الناتج من تناقص التصريف المفاجىءمن تسكير مفاجئ أو سريع للبوابات أو توقف المضخات مثلآ.
•4- القوى الخارجية على شكل ردم أو مرور أو الوزن الذاتي بين الدعامات الخارجية (دعامات أو حمالات)
•5- درجة الحرارة المسببة للتمدد أو التقلص
•يسبب الضغط الداخلي والمطرقة المائية للاجهادات العرضية أو الشد ولكنه يتسبب بضغط غير متوازن واجهادات طولية على الاكواع والنهايات والبوابات ، وعندما لا يسمح للناقل بتغيير طوله فتغير درجة الحرارة ستخلق اجهادات طولية بينما رد فعل الاساسات والحمولة الخارجية ووزن الناقل الممتلىء والضغط الجوي ( عندما يكون الناقل تحت التفريغ ) ستنتج اجهادات التواء (فتل) وبمعرفة رموز ومعادلات القوى والاجهادات كالشد الحلقي لوحدة الطول والاجهادات العرضية الناتجة والشد الطولي والاجهادات الطولية الناتجة وسرعة موجة الضغط للقساطل الصلبة والمرنةوالزمن الحرج لاغلاق البوابة والمطرقة المائية العظمى والضغط الساكن والحركي اللامتوازن على الأكواع والتغير في طول القسطل من درجة الحرارة والاجهادات الطولية الناتجة من تغير درجة الحرارة لقساطل مثبتة النهايات والقوى الطولية الناتجة منها وضغط الانهيار لاسطوانة فولاذية عادية أو مدعمة بحلقات تقوية (كالفلنجات) … حيث تقاوم الاجهادات الطولية عبر وصلات القساطل كوصلة الرأس والذيل للفونت مثلا أو تلغى الاجهادات الطولية من حركة لوصلة التمدد مثلا وتقاوم الوصلات الميكانيكية الاجهادات الطولية أكثر مما تقاوم وصلة الرأس والذيل حسب معادلة بريور .. وتعتمد الحمولات الخارجية المطبقة على النواقل في الخنادق على طبيعة التغطية ومواد الفرشة وطرق تدعيم الناقل وعرض الحفرية النسبي وعمق الخندق وطريقة الملء وصلابة الناقل (أنظر كتاب فير وكير واكن)
مواقع النواقل
تنفذ نواقل الامداد كما تنفذ السكك الحديدية والطرق السريعة حيث ينفذ قاع الناقل أو النفق المتدرج بنفس ميل التدرج الهدرليكي كما يجب أن يتوازن الحفر والردم أوالحفر والتغطية لتحقيق تدرج منتظم ولتقليل نقل المواد وكما ينفذ جسور للسكك الحديدية والطرق السريعة فيمكن تنفيذ الجسور للنواقل المائية لاجتياز الوديان والانهار والا تنفذ السيفونات لأن النواقل تحت الضغط قد حلت محل النواقل المتدرجة أو تنفذ الأنفاق تحت الضغط نتيجة لأبحاث جيولوجية تحدد مسار تدرج النفق وهكذا تنفذ القساطل فوق وتحت ميول التدرج الهيدروليكي في المقطع الشاقولي أو كمسار مستقيم في المسقط الافقي وذلك لاسباب اقتصادية كما يجب أن تتوازن سماكة وقطر الناقل مع مصاعب التنفيذ وطول الناقل لأن تناقص طول المسار ليس اقتصاديآ بالضرورة .. فالموقع الممكن يجب دراسته على الخرائط المتوفرة للمنطقة ( طوبوغرافيآ وجيولوجيآ) مع دراسة حقوق الطرق وطبيعة العوائق القائمة من خلال الدراسات التفصيلية:
المنحنيات الأفقية والشاقولية: وتتعلق بمسألة حفظ الضاغط وتجنب الضغط غير المتوازن ويحدد الانحناء لقساطل الفونت بالزاوية العظمى للانعطاف وبالأطوال النظامية للقساطل لتبقى الوصلات كتيمة حيث ينشأ المنحني المطلوب بعدد من الانزياحات من خلال الوصلات وأما المنحنيات الحادة فنشكلها من قساطل قصيرة وأما القساطل الملحومة الأقل قطرآ من 15 انش فتلوى حقليآلأنها مرنة حيث نلحم عدة وصلات وكذلك القساطل الفولاذية.
تنفذ المنحنيات الحادة والمقاطع الانتقالية والتفريعات بملحقات خاصة أو تصنع أو تبنى في المكان من نفس مواد القسطل.
عمق التغطية : أكبرمن عمق التجمد ولتقليل الحمولة الخارجية على النواقل الكبيرة وفي سورية العمق 5قدم وفي البلاد الباردة 7قدم ، ويؤخذ وزن مواد الردم فوق القسطل كبير القطر بعين الاعتبار ؟ فقد يبقى القسطل كبير القطر في خندق مكشوف لتقليل الحمولات عليه.
مواد الانشاء: ويعتمد على التصريف الداخلي للقسطل حيث يتناقص التصريف مع الاستعمال ، كما يعتمد على مقاومة القسطل ( مقاومته للضغط الداخلي والحمولات الخارجية) ومقاومته للتآكل (للقساطل المعدنية ) أومقاومته للحت والاهتراء( قساطل البيتون والاسبستوس) أو على التشقق والاهتراء(قساطل البلاستك) وتراعى صعوبة أوسهولة النقل والتداول والتوضع للقساطل تحت شروط مختلفة كالطوبوغرافية والجيولوجية والوصول اليها ، كما تراعى امكانية توفر الاقطار المصنعة وسلامتها ورخصها – وتوفر العمال المهرة لتنفيذ القساطل من مختلف الانواع – والصيانة والاصلاح المطلوبين ورشح المياه وسلوك واستقرار القساطل
التصريف : يعتمد تناقص التصريف مع الزمن أو الخدمة على – مميزات المياه المنقولة و- على مميزات القسطل – والطرق الحديثة للتحكم بالتآكل وآكلية المياه ( للقساطل المعدنية) واهتراء البطانة الاسمنتية للقساطل البيتونية وللاسبستوس والبيتون المسلح
المقاومة: تقاوم قساطل الفولاذ للضغط الداخلي المرتفع ولكن اقطاره الكبيرة لاتتحمل الحمولات الخارجية الثقيلة عند تفريغها من المياه كليآ أو جزئيآ لذا يكون عمق التغطية صغيرآ أو تحاط بالبيتون – تتحمل قساطل الفونت والاسبستوس لضغط مياه معتدل ولحمولات خارجية معقولة اذا كانت فوق فرشة منتظمة – تتحمل قساطل البيتون المسلح للحمولات الخارجية العالية
الديمومة : عمر قساطل الفونت المغلفة 100سنة والفولاذ المغلفة 25الى50سنة والبيتون المسلح 75 سنة والخشبية 25 الى 50 سنة ويجب تجنب الاهتراء وتآكل التربة والتآكل الداخلي وتجنب التربة الحامضية ومياه البحر والردم بالرماد وتجنب مخاطر التحلل الكهربائي من خلال الحماية المهبطية أو غيرها من طرق الحماية
نقل القساطل : التنفيذ في أراضي وعرة وغير سالكة يراعي وزن القساطل حيث نستعمل القساطل بطول أقصر ووزن أقل ويفضل استعمال قساطل الاسبستوس لأنها بوزن ربع قساطل الفونت – واذا تعذر استعمال القساطل المسبقة الصنع للبيتون المسلح فيفضل صبها في الموقع …
السلامة : تنكسر قساطل الفونت وتنهار قساطل الفولاذ ببطىء بفعل التآكل ولكن تفريغ قساطل الفولاذ يسبب انهيارها وتتكسر قساطل الاسبستوس بينما قساطل البيتون المسلح والخشب تنهار تتدريجيآ
العمال المهرة : الوصلات الميكانيكية والمصنعة سهلة التنفيذ بينما الوصلات الملحومة أو المصبوبة تستدعي عمال مهرة وبأعداد كبيرة
الصيانة: التسرب أو تناقص الضغط دلالة على تدهور حالةالقسطل وصيانة القساطل كبيرة القطر أسهل وكافة أقطار القساطل تستدعي الصيانة لكن اصلاح قساطل البيتون المسبقة الصنع اكثر صعوبة من اصلاح بقية انواع القساطل رغم قلة الاحتياج لصيانة قساطل البيتون ، تنظف قساطل الفونت وقساطل الفولاذ الملحومة الصغيرة القطر بآلة كشط وتبطن في المكان بالاسمنت لنحافظ على التصريف المطلوب ويجب تطهير القساطل الجديدة والقساطل بعد الاصلاح قبل وضعها في الخدمة
التسرب: تجربة الرشح لقياس التسرب ويتناسب الفاقد بالتسرب مع الجذر التربيعي للضغط وتنص المواصفات العالمية على قيمة الرشح المسموح ( أو كتاب فير وكير واوكن )
الملحقات: لعزل القساطل وصرفها من أجل اجراء تجربة الضغط أو التفتيش أو الغسيل والتنظيف أو الاصلاح فيلزمنا ملحقات  وتوضع في أغلب نقط القاع والقمة ولصرف المياه بالراحة من القاع وتنفذ غرفة للسكر أو البوابة على ناقل بجريان تحت الجاذبية وينفذ أيضآ عند النقط الاستراتيجية لتشغيل الامداد وعلى نهاية القسطلين المتوازيين وانفاق الضغط وعند نقط الصرف المناسبة وتستعمل السكورة المناسبة لكل حالة لوحدها — سكورة الغسيل –وتنفذ في النقاط المنخفضة على المسارلتصريف المياه الى أقنية الصرف الطبيعي
وصلات العزل: حيث تتحطم القساطل بالتحلل الكهربائي ووصلات العزل تقاوم جريان التيارات الكهربائية على طول القسطل ، ومن أنواعها حلقة مطاطية تغطي مقاطع القسطل بطول كافي لتحدث المقاومة المطلوبة
وصلات التمدد: لمعالجة التغير الحراري ننفذ وصلات التمدد لأن وصلات القساطل تسمح بالحركة الكافية ولكن الوصلات الصلبة (على القساطل الفولاذية مثلا)فنسمح بتمددها من خلال الوصلات أو نقيدها بصلابة بدعامات على القساطل لتقليل فعل التمدد الحراري
الدعامات: وتستخدم لمنع القسطل من الجر عند الأكواع وغيرها من النقط الاخرى للضغط غير المتوازن عندما تتزايد مقاومة الوصلات للاجهادات الطولية (القص) – ولمنع القساطل المنفذة بميول شديدة من الجر عند عدم كفاية الوصلات للاجهادات الطولية (القص)- ولاعاقة تمدد أو تقلص الوصلات الصلبة للقساطل تحت تأثير تغير درجة الحرارة ( في المواصفات أمثلة حسابية عن القوى التي تتحملها الدعامات )— وتأخذ الدعامة الاشكال التالية :
1-    للأكواع الأفقية والشاقولية حيث تنشأ دعامة من البيتون لمقاومة الضغط غير المتوازن من خلال وزن الدعامة كسد ثقلي لمقاومة ضغط المياه خلفه وتقدم وصلات القساطل المقاومة اللازمة باحتكاك المحيط الخارجي مع القساطل وتبعآ لقيمة تحمل التربة حيث تردم الدعامة وردم الدعامة يؤخذ بالحسبان
2-    طوق فولاذي مرتبط بكتلة بيتونية كبيرة أو بأساس صخري
3-    ظفر من الفونت ليمسك قضيب الربط المانع لحركة القساطل
4-    دعامة من البيتون على قسطل فولاذي لمنعه من الحركة أو لدفع الحركة لتأخذ مكانها في وصلات التمدد ويجب ربط القساطل جيدآ للدعامة فمثلا نلحم زاوية معدنية على القساطل ، وفي غياب وصلات التمدد فيجب دعم قساطل الفولاذ على كل جانب من البوابات والعدادات لمنع التحطم من حركة القساطل
5-    تصمم غرفة البوابات من الفولاذ أو البيتون لمسك نهايتي قسطل الفولاذ بصلابة وفي مكانها – وفي غياب الدعامات نلحم البوابة بالفلنجة الى القسطل من جانب الحبس العلوي عادة ونربط الجانب الاخر لوصلة فونت مرتبطة بالقسطل كوصلة تمدد أو كم ( مقمط)
الملحقات الاخرى:وتتضمن مثلآ:
1-    برج اطلاق الهواء عند أول قمة على القساطل لازالة الهواء آليآ
2-    خزانات الدفق في نهاية المسار لتقليل المطرقة المائية الناتجة من الاغلاق السريع للسكر في نهاية المسار
3-    سكر تنفيس الضغط أو برج المفيض على قمة أو أكثر لحفظ الضغط في القساطل تحت قيمة معطاة عندما يرتفع الضغط فوق القيمة التصميمية
4-     سكر عدم رجوع على القسطل الرئيسي لمنع المياه الراجعة عند توقف المضخة
5-    سكر التسكير الذاتي ويغلق ذاتيآ عندما تزيد سرعة المياه عن القيمة المقررة مسبقآ كنتيجة لانكسار مفاجىء مثل
6-    سكر التحكم بالمنسوب والذي يغلق مدخل خزان الخدمة أو خزانات الضاغط أو الصوامع المائية وقبل وصول منسوب المياه الى المفيض
7-    فينتوري أو عدادات أخرى ومسجلات لقياس التصريف 
الدكتور المهندس شبلي الشامي
 _أستاذ هندسة المياه والبيئة _كلية الهندسة المدنية ـ جامعة دمشق

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *