تحلیل شبکه‌های آبرسانی با EPANET

EPANET یکی از پرکاربردترین نرم‌افزارها برای شبیه‌سازی هیدرولیکی و کیفی شبکه‌های توزیع آب است که توسط سازمان حفاظت محیط‌زیست آمریکا (EPA) توسعه یافته و به‌طور گسترده در پروژه‌های مهندسی آب شهری و روستایی استفاده می‌شود. در ادامه، یک توضیح ساختارمند و کاربردی برای تحلیل شبکه‌های آبرسانی با EPANET ارائه می‌شود که می‌تواند مستقیماً به‌عنوان محتوای آموزشی یا گزارش فنی استفاده شود.

۱. قابلیت‌های اصلی EPANET

EPANET امکان تحلیل همزمان کمّی (هیدرولیکی) و کیفی (کیفیت آب) را در شبکه‌های آبرسانی فراهم می‌کند:

• محاسبه دبی جریان در لوله‌ها
• محاسبه فشار و هد در گره‌ها
• تحلیل عملکرد پمپ‌ها و شیرها
• شبیه‌سازی تغییرات زمانی مصرف آب
• تحلیل کیفیت آب (مانند کلر باقی‌مانده، سن آب، انتقال آلاینده)

۲. اجزای اصلی شبکه آبرسانی در EPANET

مدل شبکه آبرسانی در EPANET از دو دسته عناصر تشکیل می‌شود:

عناصر گره‌ای (Nodes)

• گره مصرف (Junction): محل برداشت آب با دبی مشخص
• مخزن (Tank): ذخیره آب با تراز متغیر
• مخزن تأمین (Reservoir): منبع آب با هد ثابت

عناصر خطی (Links)

• لوله (Pipe): انتقال آب بین گره‌ها
• پمپ (Pump): افزایش هد هیدرولیکی
• شیرها (Valves): کنترل فشار، دبی یا هد (PRV، PSV، FCV و …)

۳. داده‌های ورودی موردنیاز

برای تحلیل صحیح شبکه آبرسانی، داده‌های زیر باید به‌دقت وارد شوند:

مشخصات هیدرولیکی

• طول، قطر و زبری لوله‌ها
• نوع رابطه افت هد (Hazen–Williams، Darcy–Weisbach)
• منحنی مشخصه پمپ‌ها

الگوی مصرف

• دبی پایه گره‌ها
• الگوی تغییرات مصرف در طول شبانه‌روز (Pattern)

مشخصات مخازن

• تراز حداقل و حداکثر آب
• سطح مقطع مخزن

۴. تحلیل هیدرولیکی شبکه

EPANET از حل معادلات پیوستگی جرم و انرژی (افت هد) برای کل شبکه استفاده می‌کند. خروجی‌های اصلی تحلیل هیدرولیکی شامل موارد زیر است:

• فشار گره‌ها (m یا bar)
• دبی و سرعت جریان در لوله‌ها
• افت هد در اجزای مختلف شبکه
• عملکرد پمپ‌ها در ساعات مختلف

✅ معیار مهم در طراحی:

• فشار مناسب گره‌ها (معمولاً بین 20 تا 60 متر)
• سرعت مجاز در لوله‌ها (تقریباً 0.6 تا 2.5 m/s)

۵. تحلیل کیفی آب

یکی از مزیت‌های مهم EPANET، شبیه‌سازی کیفیت آب است:

• بررسی کاهش کلر باقی‌مانده
• محاسبه سن آب (Water Age)
• مدل‌سازی انتقال آلاینده‌ها
• بررسی اختلاط کیفیت آب در مخازن

این تحلیل‌ها به مهندسان کمک می‌کند نقاط دارای افت کیفیت یا ماند مفرط آب را شناسایی کنند.

۶. تحلیل زمانی (Extended Period Simulation – EPS)

EPANET قابلیت شبیه‌سازی رفتار شبکه در بازه‌های زمانی طولانی (مثلاً 24، 48 یا 168 ساعت) را دارد:

• بررسی نوسانات فشار
• ارزیابی عملکرد مخازن
• تحلیل جواب شبکه در ساعات اوج مصرف
• بررسی قطع و وصل پمپ‌ها بر اساس کنترل‌ها

۷. سناریوسازی و بهینه‌سازی شبکه

با EPANET می‌توان سناریوهای مختلف مدیریتی را بررسی کرد:

• اضافه‌کردن منبع یا مخزن جدید
• تغییر قطر لوله‌ها
• تغییر استراتژی بهره‌برداری پمپ‌ها
• بررسی شرایط بحرانی (خرابی لوله یا پمپ)

این قابلیت نقش مهمی در بهینه‌سازی اقتصادی و عملکردی شبکه آبرسانی دارد.

۸. تفسیر نتایج و خروجی‌ها

نتایج تحلیل به‌صورت:

• نقشه‌های رنگی فشار و دبی
• نمودارهای زمانی
• جداول عددی

قابل مشاهده و استخراج است و می‌تواند مستقیماً در گزارش‌های مهندسی و تصمیم‌گیری مدیریتی استفاده شود.

۹. محدودیت‌های EPANET

با وجود توانمندی بالا، EPANET محدودیت‌هایی نیز دارد:

• عدم مدل‌سازی ضربه قوچ (Water Hammer)
• فرض جریان پایدار در هر گام زمانی
• محدودیت در مدل‌سازی هیدرولیک بسیار پیچیده

در چنین مواردی، ترکیب EPANET با نرم‌افزارهای تخصصی‌تر توصیه می‌شود.

جمع‌بندی

تحلیل شبکه‌های آبرسانی با EPANET ابزاری قدرتمند و استاندارد برای بررسی هیدرولیک و کیفیت آب در سیستم‌های توزیع آب است. با ورود صحیح داده‌ها، تعریف مناسب الگوی مصرف و تحلیل سناریوهای مختلف، می‌توان عملکرد شبکه را بهینه کرده، مشکلات بهره‌برداری را شناسایی نمود و تصمیم‌های مهندسی دقیق‌تری اتخاذ کرد.

کلیدواژه ها : تحلیل-شبکه-آبرسانی-EPANET-پمپ-Pump-شیر-کاهنده-فشار-PRV-تحلیل-هیدرولیکی-Extended-Period-Simulation-کنترل-فشار-شبکه-توزیع-آب