تحلیل شبکه‌ی آبرسانی شامل پمپ و شیر کاهنده فشار با EPANET

تحلیل شبکه‌های آبرسانی که در آن‌ها پمپ و شیر کاهنده فشار (PRV) به‌طور همزمان به‌کار رفته‌اند، از مهم‌ترین کاربردهای نرم‌افزار EPANET در مهندسی آب است. این نوع تحلیل به مهندسان امکان می‌دهد رفتار هیدرولیکی شبکه را در شرایط مختلف بهره‌برداری بررسی کرده و از تأمین فشار مناسب، کاهش تلفات و حفاظت از شبکه اطمینان حاصل کنند.

۱. معرفی مسئله و اهمیت پمپ و PRV در شبکه آبرسانی

در بسیاری از شبکه‌های توزیع آب، اختلاف تراز و یا گستردگی شبکه باعث می‌شود:

• در برخی نقاط فشار کمتر از حد مجاز باشد → نیاز به پمپ
• در برخی نقاط فشار بیش از حد مجاز باشد → نیاز به شیر کاهنده فشار (Pressure Reducing Valve)

استفاده هم‌زمان از این دو تجهیز، توزیع یکنواخت فشار، کاهش شکستگی لوله‌ها و افزایش طول عمر شبکه را به‌دنبال دارد.

۲. اجزای اصلی شبکه در مدل EPANET

شبکه آبرسانی مورد تحلیل معمولاً شامل اجزای زیر است:

• مخزن یا منبع (Reservoir) به‌عنوان تأمین‌کننده آب
• پمپ (Pump) جهت افزایش هد هیدرولیکی
• شیر کاهنده فشار (PRV) برای محدودسازی فشار پایین‌دست
• لوله‌ها (Pipes) با مشخصات فیزیکی مشخص
• گره‌های مصرف (Junctions) همراه با الگوی مصرف آب

۳. تعریف پمپ در EPANET

مشخصات هیدرولیکی پمپ

پمپ در EPANET بر اساس منحنی هد–دبی مدل‌سازی می‌شود:

• هد حداکثر در دبی صفر
• کاهش هد با افزایش دبی

این منحنی می‌تواند:

• به‌صورت دستی تعریف شود
• یا از داده‌های سازنده استخراج گردد

همچنین می‌توان الگوی زمانی عملکرد پمپ را برای شبیه‌سازی ساعات روشن و خاموش تعریف کرد.

۴. مدل‌سازی شیر کاهنده فشار (PRV)

شیر PRV در EPANET وظیفه نگه‌داشتن فشار ثابت در پایین‌دست را دارد.

ویژگی‌های کلیدی PRV

• تنظیم فشار خروجی (Set Pressure)
• تغییر حالت بین:
  • فعال (Active)
  • باز (Open)
  • بسته (Closed)

PRV به‌ویژه در شبکه‌هایی با اختلاف تراز زیاد، برای جلوگیری از فشار بیش‌ازحد ضروری است.

۵. ترتیب منطقی پمپ و PRV در شبکه

در یک شبکه استاندارد:

• پمپ معمولاً در بالادست شبکه قرار می‌گیرد تا فشار لازم را تأمین کند.
• PRV در مسیر یا نواحی پایین‌دست نصب می‌شود تا فشار اضافی را کاهش دهد.

✅ نکته مهم: قرارگیری نادرست PRV بلافاصله بعد از پمپ می‌تواند باعث اتلاف انرژی پمپ شود و باید با دقت طراحی شود.

۶. تحلیل هیدرولیکی شبکه

در EPANET، حل معادلات با فرض جریان پایا در هر گام زمانی انجام می‌شود. خروجی‌های کلیدی تحلیل شامل:

• فشار در گره‌ها
• دبی و سرعت در لوله‌ها
• هد تأمین‌شده توسط پمپ
• وضعیت عملکرد PRV در زمان‌های مختلف

این تحلیل به‌صورت Extended Period Simulation (EPS) انجام می‌شود تا رفتار شبکه در طول شبانه‌روز بررسی گردد.

۷. بررسی عملکرد شبکه در شرایط مختلف

با وجود پمپ و PRV، تحلیل سناریوهای زیر اهمیت بالایی دارد:

• ساعات اوج مصرف
• حداقل مصرف شبانه
• خاموش یا خرابی پمپ
• تغییر تنظیم فشار PRV

این سناریوها به شناسایی نقاط بحرانی شبکه کمک می‌کنند.

۸. تفسیر نتایج و بررسی شاخص‌های طراحی

نتایج به‌دست‌آمده باید با معیارهای مهندسی مقایسه شوند:

• فشار مجاز گره‌ها (معمولاً 20 تا 60 متر)
• سرعت مجاز جریان در لوله‌ها
• جلوگیری از ایجاد فشار منفی یا بیش‌ازحد

در صورت عدم تطابق، اصلاح قطر لوله، تنظیم مجدد پمپ یا تغییر مقدار تنظیم PRV انجام می‌شود.

۹. مزایا و محدودیت‌های تحلیل با EPANET

مزایا

• محیط کاربری ساده و سریع
• تحلیل هم‌زمان پمپ و PRV
• قابلیت سناریوسازی و تحلیل زمانی

محدودیت‌ها

• عدم شبیه‌سازی ضربه قوچ
• فرض پایا بودن جریان در هر بازه زمانی

جمع‌بندی

تحلیل شبکه‌ی آبرسانی شامل پمپ و شیر کاهنده فشار با EPANET ابزار قدرتمندی برای طراحی و بهره‌برداری بهینه شبکه‌های توزیع آب است. با تعریف صحیح منحنی پمپ، تنظیم مناسب PRV و تحلیل زمانی شبکه، می‌توان توزیع فشار را کنترل کرده، مصرف انرژی را کاهش داد و ایمنی شبکه را افزایش داد.

کلیدواژه ها : تحلیل شبکه آبرسانی-EPANET-شبکه توزیع آب-تحلیل هیدرولیکی-پمپ (Pump)-شیر کاهنده فشار (PRV)-کنترل فشار-منحنی هد–دبی پمپ-Extended Period Simulation (EPS)-گره‌های مصرف-لوله‌های شبکه-مدلسازی شبکه آبرسانی-فشار گره‌ها-دبی جریان-بهره‌برداری شبکه آب