تحلیل و مدیریت کیفی شبکه‌های توزیع آب تحت نفوذ آلودگی در شرایط کاهش فشار آب (مطالعه موردی: بخشی از شبکه توزیع آب زاهدان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 گروه عمران، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

چکیده

ورود آلودگی‌ به سیستم‌های منابع آب مانند شبکه‌های توزیع آب شرب شهری در اثر وقوع پدیده مکش، می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری به سلامت انسان وارد کند. آگاهی و شناخت از منابع ورود آلاینده و نحوه حرکت آن باعث مدل‌سازی مناسب این پدیده و انجام یک مدیریت بحران مناسب در زمان نفوذ این آلاینده‌ها به شبکه می‌گردد. به‌منظور شبیه‌سازی حرکت نیترات در خاک، معادله انتقال-پخش آلودگی خاک در MATLAB کد نویسی گردید. سپس شبکه توزیع آب شرب شهر زاهدان بعنوان منطقه مطالعاتی مدنظر قرار گرفته و نقاط مستعد با غلظت بالای آلاینده در شبکه شناسایی گردیدند. سناریو شبیه‌سازی 24 ساعته شبکه پس از وقوع دوساعته آلودگی، با استفاده از نرم‌افزارهای WATERGEMS،EPANET و EPANET-BAM مورد مدل‌سازی قرار گرفت. دو ابزار کارآمد و مقرون بصرفه زمان ماند و جریان رقیق‌ساز بمنظور مدیریت کیفی شبکه مورد استفاده واقع شدند. برای شبیه‌سازی ابزار زمان ماند، شبکه به چهار منطقه نزدیک، میانه، دور و خیلی دور تقسیم گردید. نتایج شبیه‌سازی حرکت آلاینده در خاک، غلظت غیرمجاز نیترات در مجاورت لوله با مقدار بیش از 50 میلی‌گرم بر لیتر را نشان داد. نتایج تحلیل کیفی شبکه بیانگر این بود که زمان ماند موردنیاز گره‌های ناحیه میانه، دور و خیلی دور نسبت به حالت نزدیک به ترتیب بین 33 تا 50، 58 تا 62/5 و 75 درصد کاهش می‌یابد. در ادامه تأثیر مثبت و کارآمد جریان رقیق‌ساز به‌عنوان یک راهکار مدیریت و کنترل کیفی شبکه توزیع به اثبات رسید. مقدار جریان رقیق‌ساز لازم به‌منظور بهبود وضعیت کیفی آب شبکه، بین10/6 تا 15/9 درصد دبی پایه لوله محاسبه گردید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis and Quality Management of Water Distribution Networks Under pollution intrusion in the Situation of Water Pressure Reduction (Case Study: Zahedan water Distribution Network)

نویسندگان [English]

  • siroos Harif 2
  • Mohammad Givehchi 3
  • Mohsen Dehghani Darmiyan 2
1
2 ,Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
3 Civil department, Shahid Nikbakht Engineering faculty, Sistan & Balouchestan university, Zahedan, Iran
چکیده [English]

Pollution entrance into water resources systems, such as urban drinking water distribution networks, can cause irreparable damage to human health as a result of the suction phenomenon.Awareness and understanding of pollutant sources and transport of contamination process in the water network cause suitable modeling of this phenomenon as well as perform a proper crisis management when the contaminants enter the network. In order to simulate the movement of nitrate in the soil, the nitrate advection-dispersion equation was programmed in MATLAB. Zahedan drinking water distribution network has been considered as the study area and potential points with high concentration of pollutants in the network have been identified. Scenario of 24-hour water network simulation, after two hours of contamination, was tested for water contamination by using WATERGEMS, EPANET and EPANET-BAM software., to manage the network pollution crisis, two tools were proposed including detention time and dilution flow. To calculate detention time, the network was divided into four parts including: near, middle, far and very far. The results demonstrated that nitrate concentration near the pipe is unallowable and greater than 50 mg/l and required detention time to treat the quality of water in the nodes of the middle, far and very far decreased 33 to 50, 58 to 62.5 and 75 percent compared to the near nodes, respectively. Moreover, efficiency and positive performance of dilution flow as a tool for quality management was proved. Required dilution flow to treat the quality water was determined from 10.6 to 15.9% of the base pipe flow.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Detention Time
  • Dilution flow
  • Network Quality Management
  • Water Network Pollution

مراجع

حریف، س.، دهقانی درمیان، م.، عزیزیان، غ.، فقیهی راد، ش.، مشکاتی، س، م، ه و بابایی، م، م. 1402. جانمایی بهینه سنسورهای تشخیص آلاینده در شبکههای توزیع آب با درنظرگرفتن عدم قطعیت پارامترها. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 13، ص 228-211.
سلگی، ع و م، نصیری. 1398. پهنه‌بندی برخی پارامترهای کیفی آب شرب با استفاده از GIS مطالعه موردی: شهر ملایر. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 9، شماره 4، ص 190-177.
قنادی،. م .1382. راهبردهای کنترل کیفیت در شبکه‌های توزیع آب. فصلنامه آب و محیط‌زیست. ص 11-4
کیانی، س.، فتحی مقدم، م.، فتحی، ا و ع، حقیقی. 1397. مدل‌سازی عددی جریان گذرا در شبکه آب‌رسانی ویسکوالاستیک. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 9 شماره 1، ص 75-61.
منزوی، م. ت .1388. آب‌رسانی شهری. تهران، موسسه انتشارات دانشگاه تهران.
مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران. استاندارد ملی ایران 1053 آب آشامیدنی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی تجدید نظر پنجم.
میری خمبی، س، م و ع، افشار. ۱۳۹۳. جانمایی بهینه حسگرها در شبکه‌های توزیع آب با استفاده از الگوریتم جامعه مورچه‌ها: چشم‌انداز کاربرد دوگانه. مجله آب و فاضلاب دوره 25 شماره 91.
نصیرپور، ح.، نصیریان، علی و ا، اکبرپور. 1398. تعیین موقعیت بهینه شیرهای فشارشکن در شبکه توزیع آب مطالعه موردی: شبکه توزیع آب شهر بیرجند. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 10، شماره 1، ص 33-17.
Almandoz J., E, Cabrera., F, Arregui., E. J, Cabrera and R, Cobacho. 2005. Leakage assessment through water distribution network simulation. J. of Water Resour. Plan. Manage. 131(6): 458-466.
Balbus, J.M. and M.E, Lang. 2001. Is the water safe for my baby?. Pediatric Clinics of North America, 48(5), pp.1129-1152.
Besner, M.C., R, Broséus., J, Lavoie., G.D,  Giovanni., P,Payment and M, Prévost. 2009. Pressure monitoring and characterization of external sources of contamination at the site of the Payment drinking water epidemiological studies. Environmental science & technology, 44(1), 269-277.
Cooper, W. J. 2014. Responding to crisis: The West Virginia chemical spill.
Corso, P.S., M.H, Kramer., K.A, Blair., D.G, Addiss., J.P, Davis and A.C, Haddix. 2003. Costs of illness in the 1993 waterborne Cryptosporidium outbreak, Milwaukee, Wisconsin. Emerging infectious diseases, 9(4), p.426.
Darmian, M. D., S. A. H,  Monfared., G,  Azizyan., S. A,  Snyder and J. P, Giesy. 2018. Assessment of tools for protection of quality of water: Uncontrollable discharges of pollutants. Ecotoxicology and environmental safety, 161, 190-197.
Farhadian, M., O.B, Haddad., S, Seifollahi-Aghmiuni and H.A,  Loáiciga. 2014. Assimilative capacity and flow dilution for water quality protection in rivers. Journal of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste, 19(2), p.04014027.
Greer, F.R. and M, Shannon. 2005. Infant methemoglobinemia: the role of dietary nitrate in food and water. Pediatrics, 116(3), pp.784-786.
Hammer, M.J. 2000. Water and Wastewater Technologies. 2nded. John Wiley and Sons, NewYork, 137-157.
Harif, S., Azizyan, G., Dehghani Darmian, M. and Givehchi, M., 2023. Selecting the best location of water quality sensors in water distribution networks by considering the importance of nodes and contaminations using NSGA-III (case study: Zahedan water distribution network, Iran). Environmental Science and Pollution Research, 30(18), pp.53229-53252.
Ho, C. K., C. Y, Choi and S. A, McKenna. 2007. Evaluation of complete and incomplete mixing models in water distribution pipe network simulations. In World Environmental and Water Resources Congress 2007: Restoring Our Natural Habitat, 1-12.
Ho, C.K., Jr, L, Orear., J.L, Wright and S.A, McKenna. 2008. Contaminant mixing at pipe joints: Comparison between laboratory flow experiments and computational fluid dynamics models. In Water Distribution Systems Analysis Symposium, 1-18
LeChevallier, M. W., R. W, Gullick., M. R, Karim., M, Friedman and J. E, Funk. 2003.The potential for health risks from intrusion of contaminants into the distribution system from pressure transients. Journal of Water and Health, 1(1), 3-14.
McGhee, T. J and E. W, Steel. 1991. Water supply and sewerage (Vol. 6). New York: McGraw-Hill.
Monfared, S. A. H., M. D, Darmian., S. A, Snyder.,G, Azizyan.,B, Pirzadeh and M. A, Moghaddam. 2017. Water quality planning in rivers: assimilative capacity and dilution flow. Bulletin of environmental contamination and toxicology, 99(5), 531-541.
Romero-Gomez, P., C.Y, Choi., B, van Bloemen Waanders and S, McKenna. 2008. Transport phenomena at intersections of pressurized pipe systems. In Water Distribution Systems Analysis Symposium 2006, 1-20.
Soudani, A., M, Chiban., M, Zerbet and F, Sinan. 2011. Use of Mediterranean plant as potential adsorbent for municipal and industrial wastewater treatment. Journal of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, 3(8), 199-205.
Tao, T., Y. J, Lu., X, Fu and K.L, Xin. 2012. Identification of sources of pollution and contamination in water distribution networks based on pattern recognition. Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 13(7), 559-570.
World Health Organization. 2017. https://www.who.int/news-room/fact sheets/ detail/ drinking-water

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار