رویکرد تلفیقی برای پایش کیفیت آب در مخازن، سیستم های آبرسانی و شبکه های توزیعی سیستم های آبرسانی

AN Integrated approach to water quality monitoring in reservoirs, aqueducts and distrubition networks of water supply systems

چکیده
۱-مقدمه
۲- مروری بر سیستم
۳- سیستم پایش مخزن(سد)
۵- سیستم های پایش برای شبکه های انتقال آب

چکیده
 استفاده از فناوری پیشرفته امکان پایش پیوسته، خودکار و از راه دور پارامتر های فیزیکی و شیمیایی مختلف موثر بر کیفیت خاک در سیستم های آبرسانی ( مخازن و سیستم های آبرسانی) همراه با پایش هم زمان جریان های آبی ناشی از نیروهای خارجی موثر بر گردش آبی مخازن از جمله باد، انتقال حرارتی ناشی از تابش جوی و خورشیدی، دبی های ورودی رودخانه، برداشت و استحصال آب و غیره در اختیار می گذارد. این کار با ترکیب و تلفیق حسگر های اتومات میدانی نصب شده در مخازن، ورودی رودخانه ها و در نقاط انتخابی در امتداد سیستم های آبرسانی و آبراه ها از مخزن به یک ایستگاه تصفیه که در زمان واقعی شبیه سازی می شود، هیدرودینامیک های مخزن، هیدرولیک های سیستم های آبرسانی و کیفیت آب مخازن کل و سیستم سیستم های آبرسانی با استفاده از سری های زمانی پارامتر های پایش شده از طریق طرح ترکیب و ادغام داده ها امکان پذیر است. این مقاله به توصیف توانمندی های احتمالی فناوری های موجود برای پایش تلفیقی کیفیت آب در مخازن، سیستم های آبرسانی باز و شبکه های توزیعی سیستم های آبرسانی بزرگ می پردازد..
۱٫ مقدمه
اتحادیه اروپا بر لزوم توسعه برنامه های پایش آب سطحی در هر یک از حوزه های آبخیز( بند ۸ مصوب اتحادیه اروپا ۲۰۰۰/۶۰، ۲۳ اکتبر ۲۰۰۰) و استفاده از روش های پیش گیری از آلودگی برای حفاظت از منابع سطحی به خصوص در مناطقی که آلاینده های مختلف سلامتی انسان را به خطر انداخته است تاکید دارد. روش های پیش گیری از آلودگی ناشی از این آلاینده ها باید با هدف کاهش تدریجی و ریشه کن سازی نهایی خطرناک ترین آن ها به کار گرفته شوند.
از سال ها پیش پی برده شده است که پایش منظم پارامتر های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی کیفیت آب در دریاچه ها، رودخانه ها و مخازن مورد استفاده برای عرضه آب برای حفاظت از سلامتی عمومی و اطمینان از پایداری بلند مدت این منابع ضروری است. داده های جمع آوری شده از چنین پایش هایی ۱- امکان شناسایی زود هنگام تغییرات و روند های کیفیت آب را داده، ۲- اساس واسنجی و کالیبراسیون مدل های پیش بینی کیفیت آب و مدل های اکولوژیکی بوده ۳- امکان ارزیابی راهبرد های احیایی جایگزین را داده و ۴- در بهبود درک اساسی از رفتار این ذخایر آبی اهمیت دارد.به علاوه، یک فشار افزایشی در جهت افرایش قابلیت سیستم های هشدار در هنگام آلودگی تصادفی و هدفمند در هر یک از اجزای اصلی سیستم آبرسانی یعنی مخزن، سیستم های آبرسانی و شبکه توزیعی وجود دارد. مثالی از تلاش برای توسعه چنین سیستمی توسط کلارک و همکاران (۱) ارایه شده است. سیستم های شناسایی چنین احتمال پایینی با اثرات زیاد می توانند هشدار اولیه مناسب برای پیش گیری از حساسیت و در معرض قرار گیری افراد در برابر آلاینده ها در اختیار گذاشته و قادر به شناسایی محل منبع آلودگی می باشند. آن ها باید صحیح، قابل اطمینان و قابل استطاعت، با نمونه برداری منطقی بالا می باشد که همه تهدیدات آلودگی بالقوه را پوشش داده و دارای عملیات از راه دور می باشد(۲).پایش پیوسته کیفیت آب در سیستم های آبرسانی، به دلایل دیگر نیز برای تنظیم کاربری ارضی حول مخازن و برای انتخاب عملیات تصفیه مناسب آب خام بسته به کیفیت آب انتقال یافته از مخزن از طریق لوله های آبرسانی به کارخانه های تصفیه ضروری است.
فناوری های پایشی جدید که از دستگاه های روبات و حسگر ها و سنجنده های پیشرفته بهره می برند افق های روشن و جدیدی را در حفاظت از کیفیت آب باز کرده اند. هم چنین، دو دهه اخیر افزایش قابل توجهی را در استفاده از مدل های شبیه سازی رقومی در طیف وسیعی از مخازن آبی بزرگ تجربه کرده است. این مدل ها اغلب بر پیش بینی حفاظت، انتقال، تبدیلات شیمیایی و بیولوژیکی آلاینده های مختلف علاوه بر اثرات خود بر محیط آبی تاکید دارند. مدل های هیدرودینامیکی و اکولوژیکی و کیفیت آب به طور مستقل برای پیش بینی اثرات حضور و استفاده از مواد مغذی و دیگر آلاینده ها به یک سیستم آبی استفاده می شوند. نقطه ضعف اصلی بیشتر مدل های شبیه سازی، نبود ارزیابی های کافی از داده های میدانی به خصوص طی دوره های زمانی کوتاه مدت است که موجب شده است تا بسیاری از شبیه سازی های رقومی صرفا به شکل عملیات آکادمیک در بیایند.
معایب روش های پایش سنتی مورد استفاده در دریاچه و رودخانه ها شامل موارد ذیل هستند الف: تعداد کم نمونه های جمع آوری شده، پوشش محدودی از توزیع مکانی( افقی و عمودی) را از پارامتر های اندازه گیری شده در اختیار می گذارد، ب: فرکانس پایین و گاهی اوقات ماهیت غیره دوره ای اندازه گیری ها ج- در بسیاری از موارد، نبود پایش هم زمان پارامتر های تاثیر گذار خارجی ( باد، تابش خورشیدی، جریان های ورودی و خروجی) و غیره و میدان جریانی که آن ها ایجاد می کنند که بر کیفیت آب تاثیر می گذارد و د- هزینه بالا.
ماهیت پویای مخازن آبی بزرگ یکی از دلایل اصلی تغییرات در فرایند های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ( و پارامتر ها می باشد) که معرف کیفیت آب درون آن هاست. با استفاده از روش ها و مفاهیم پایشی جدید اخیرا ایجاد شده نظیر مفاهیم و روش هایی که در مطالعات هواشناسی و اقیانوس شناشی استفاده شده و بسیاری از مفاهیم پایش زمان واقعی را تلفیق کرده و آن را با مدل سازی ترکیب می کنند، می توان بر این محدودیت ها غلبه کرد. سیستم های تلفیقی پایش کیفیت آب امروزه از نظر تجاری قابل دسترس بوده و امروزه در اقیانوس، دریاچه ها و رودخانه ها مورد استفاده قرار گرفته است( ۳-۴-۵-۷-۸-۹). سیستم پایش مشابه توسط نخستین محقق برای استفاده کاربردی در شبکه های توزیع آب برای براورده سازی نیاز های شهر های کوچک و بزرگ پیشنهاد شده است(۱۰). پیشنهاد مشابه برای توسعه و استفاده از یک سیستم پایش کیفیت آب آنلاین و میدانی از راه دور برای شبکه آب آشامیدنی شهر دریاچه نمک ارایه شده توسط باهپور و همکاران(۱۱ و ۱۲) دیده می شود. هم چنین، سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده مدلی را ارایه کرده است که انتشار آلاینده ها را در شبکه پیش بینی کرده و در تحقیقات بر روی سیستم های حسگر و پایش برای اندازه گیری آلاینده ها در سیستم های توزیع (۱۳) مشارکت کرده اند.
این مقاله به توصیف سیستم پایشی پیشنهادی برای سیستم آبرسانی بزرگ نظیر سیستمی که بتواند به کلان شهر آتن در یونان آبرسانی کند پرداخته شده است.چنین سیستمی می تواند متشکل از یک یا چند مخزن بوده و دارای شبکه های انتقال آب طولانی می باشد. برای مثال سیستم آبرسانی آتن شامل چهار مخزن، اوینو با حجم مخزن ۱۱۳ میلیون متر مکعب، مونوس با ۶۷۰ میلییون متر مکعب، یلکی با ۵۸۰ میلییون متر مکعب، و ماراتون با ۳۴ میلییون متر مکعب می باشد. این مخازن و سد ها با حدود ۱۷۷ کیلومتر کانال و ۱۱۰ کیلومتر تونل به هم ارتباط دارند. سیستم انتقال آب مورنوس که مخزن مورنوس را به کارخانه تصفیه آب آهارنون اتصال می دهد، بزرگ ترین سیستم انتقال آب با طول تونل ۶۷٫۵ کیلومتر ، با طول کانال ۱۱۳٫۵ کیلومتر و ۷٫۵ کیلومتر سیفون معکوس می باشد.کل سیستم دارای چهار کارخانه تصفیه آب با ظرفیت تصفیه کل حدود ۱٫۸ ملیون متر مکعب به چهار میلیون نفر آب رسانی می کند.. این شبکه تقریبا دارای طول ۷۵۰۰ کیلومتر بوده و دارای طول ۱۸۰۰ کیلومتر بوده و قطر آن ۴۰۰ تا ۱۸۰۰ میلی متر بوده و لوله های توزیع آب به طول ۵۷۰۰ کیلومتر با قطر بیش از ۳۰۰ میلی متر می باشد.

Abstract

The use of state-of-the-art technology allows the continuous, automated and telemetric monitoring of different physical and chemical parameters that characterize water quality in water supply systems (reservoirs and aqueducts), with simultaneous monitoring of water flows driven by the external forces affecting reservoir circulation, including wind, heat transfer due to solar and atmospheric radiation, incoming river discharges, water withdrawal, etc. This can be achieved by combining in situ automated sensors installed in the reservoir, the incoming river(s), and at selected locations along the aqueduct from the reservoir to the respective treatment facility, with software that simulates in real time, the reservoir hydrodynamics, aqueduct hydraulics and water quality of the entire reservoir and aqueduct system, utilizing time series of the monitored parameters through a data assimilation scheme. This paper describes the possibilities offered by currently available technology for integrated water quality monitoring in reservoirs, open aqueducts and the distribution network of large water supply systems..

رویکرد تلفیقی برای پایش کیفیت آب در مخازن، سیستم های آبرسانی و شبکه های توزیعی سیستم های آبرسانی

AN Integrated approach to water quality monitoring in reservoirs, aqueducts and distrubition networks of water supply systems