SU DAĞITIM ŞEBEKELERİNİN MODELLENMESİ

Transkript

1 TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI ANKARA ŞUBESİ SU DAĞITIM ŞEBEKELERİNİN MODELLENMESİ Gençer Gençoğlu 1

2 Giriş Su Dağıtım Şebekeleri, Su Temin Sistemleri nin bileşenlerinden biridir. Amacı ise istenilen miktarda suyu, gerekli kalite standartlarında ve uygun basınçta tüketicilere ulaştırmak olarak tanımlanabilir. 2

3 Su Temin Sistemleri Su Kaynakları Arıtma Tesisleri Ana İletim Boruları (İsale Hatları) Su Depoları Dağıtım Boruları Abone Bağlantıları Su Dağıtım Şebekeleri 3

4 Su Temin Sistemleri Su Kaynakları Arıtma Tesisleri Ana İletim Boruları (İsale Hatları) Su Depoları Dağıtım Boruları Abone Bağlantıları Su Dağıtım Şebekeleri 4

5 Su Temin Sistemleri Su Dağıtım Şebekeleri 5

6 Bileşenler (Su Depoları) Prizmatik Gömme depolar Ayaklı Depolar 6

7 Bileşenler (Şebeke Boruları) 7

8 Modellemeye Giriş Su Dağıtım Şebekelerinin boyutu, karmaşıklığı ciddi biçimde farklılık gösterse de temel amaç, suyun kaynak noktasından aboneye ulaştırılmasıdır. İki çok temel biçimden söz etmek mümkündür. 8

9 Modellemeye Giriş Birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları olmakla birlikte, bir çok şebeke, bu iki sistemi bir arada barındırabilir. 9

10 Modellemeye Giriş 10

11 Modelleme Peki neden? Geleceğe yönelik tasarım (şehrin gelişimi, nüfus artışı, yeni bölgelerin imara açılması) Su kalitesinin incelenmesi, denetlenmesi ve yönetilmesi Enerji yönetimi (azaltılması) Günlük izleme ve acil durum senaryoları İşin Özü: Gerçek bir sistemin, matematiksel biçimde tanımlanması 11

12 Geçmişe Kısa Bir Bakış M.Ö. 1500: Minoan uygarlığı tarafından, Knossos şehrinde, Girit te insanlar ilk kez suyu boru ile iletmişler M.S. 100: Romalılar su kemerleri inşa ederek uzun mesafeler boyunca suyu iletmeyi başarmışlar. 1563: Mimar Sinan ve Mağlova Kemeri (Muallakkemer) 1455: İlk döküm demir boru Almanya da imal edilmiş. 1738: Daniel Bernoulli ve Hydrodynamica Ve 1970ler: Modeller hayatımıza giriyor 12

13 Biraz teori Sistemin temeli: Enerji denklemi ve korunumu H: Toplam enerji (head) (m) Z: Yükseklik (potansiyel enerji) (m) P: Basınç (Pa) Ɣ: Sıvının özgül ağırlığı (N/m3) V: Hız (m/s) g: Yerçekimi ivmesi (m/s2) Z 1 = H 2 + h L = A B 13

14 Biraz teori ɣ A B 14

15 Biraz teori Sistemin temeli: Enerji denklemi ve korunumu Z 1 = = 15

16 Biraz teori Yük kayıpları? hl = f(q, D, Malzeme) Darcy Weisbach, Hazen Williams, 16

17 Modelin Oluşturulması (Tasarım) Haritalar 1/25bin ölçekli HGK haritaları Halihazır haritalar İmar Planları Topografik haritalar (dijital) Proje alanındaki İş Sonu projeleri CBS Altlığı Şebeke Basınç Katları 17

18 Modelin Oluşturulması (Tasarım) Basınç Katları (Basınç Bölgeleri) oluşturulurken; Minimum işletme basıncının 20 m (N> ise 30 m) Statik basıncın en çok m olması hedeflenir. İşletme Basıncı Statik Basınç 18

19 Basınç Katlarının Oluşturulması Statik Basınç Kriteri için; Topoğrafya İşletme Basıncı Kriteri için İlk olarak topoğrafya; Sonra ise hidrolik analizler Yük kayıpları? Yük kaybı için debi? Debi için nüfus projeksiyonu ve dağılımı Ve debinin şebekedeki dalgalanma eğrileri (su tüketim patternleri) 19

20 Basınç Katlarının Oluşturulması Topoğrafya 20

21 21

22 Alt Ölçüm Bölgelerinin Oluşturulması Dağıtım sisteminde, akım kontrolünü sağlamak. İşletme aşamasında bakım ve onarım amaçlı bölgesel tecrit oluşturmak. Bu bölgelerin boyutları en çok kişilik (5000 abone) nüfus bölgeleri dikkate alınarak seçilebilir (genel geçer bir kriteri bulunmakta). Bu beslenme noktalarına akım ve basınç ölçerler önerilebilir. 22

23 23

24 Basınç Katlarının Oluşturulması Statik Basınç Kriteri için; Topoğrafya İşletme Basıncı Kriteri için İlk olarak topoğrafya; Sonra ise hidrolik analizler Yük kayıpları? Yük kaybı için debi? Debi için nüfus projeksiyonu ve dağılımı Ve debinin şebekedeki dalgalanma eğrileri (su tüketim patternleri) 24

25 Nüfus Projeksiyonları İller Bankası İçmesuyu Tesisleri şartnamesine göre İller Bankası Yöntemi Aritmetik Artış Yöntemi Geometrik Artış Yöntemi DSİ Nüfus Tahmin Esaslarına göre, ek olarak Lojistik Eğri Yöntemi Ayrıca İmar Planı Değerlendirmesi Bölgenin Gelişme Planlaması Ve, Mühendislik Yaklaşımı 25

26 Nüfus Projeksiyonları 26

27 Su Tüketimleri İller Bankası İçmesuyu Tesisleri şartnamesine göre DSİ Nüfus Tahmin Esaslarına göre Yerleşim yeri nüfusuna göre 150 ~ 200 litre/(kişi/gün) 27

28 Çarpan Çarpan Çarpan Çarpan Su Tüketimi Dalgalanmaları (Pattern) İş Merkezi Mesken Zaman Sanayi Zaman Restoran Zaman Zaman 28

29 Su Tüketimi Dalgalanmaları (Pattern) Sapma 29

30 Su Tüketimi Dalgalanmaları (Pattern) Ortalama Günlük Tüketim: Bir yıl içerisinde kullanılan toplam su tüketim miktarının yıl içerisindeki gün sayısına bölümü Maksimum Günlük Tüketim: Yıl içerisinde en çok su kullanılan güne ait tüketim miktarı Maksimum Saatlik Tüketim: Yıl içerisinde en çok su kullanılan saate ait ihtiyaçtır. 30

31 Şebeke Çözümü Simülasyon Tek zamanlı - Durağan Durum Analizi (Steady State SS) Uzun Süreli Analiz (Extended Period Simulation EPS) 31

32 Şebeke Çözümü Temel kriterler İşletme basınçları 20 m (30 m) Su Hızları 0.5 V 2 m/s [1.0 ~ 1.5 m/s] Kullanılan yazılımlar Küresel ölçekte kullanım alanına sahip yazılımlar (EPANET, WaterCAD, vb.) Yerel yazılımlar (MsSu, Ankisoft, yerel yazılımlar) 32

33 Şebekede Boru Çapı Optimizasyonu Hedef : Daha düşük ilk yatırım maliyeti (yani küçük çaplı borular) Şartlar: Basınç (ve hız) kriter(ler)i Yöntemlerden bazıları Lineer Optimizasyon Lineer Olmayan Optimizasyon Sezgisel (Heuristic) Optimizasyon 33

34 Şebekede Boru Çapı Optimizasyonu Mutfak zamanı 8 tane boru 14 farklı çap seçeneği Kaç farklı çözüm??? 14 8 = Çap Birim Fiyat (mm) ($/m) 25,4 2 50,8 5 76, , , , , , , , , , , ,

35 Şebekede Boru Çapı Optimizasyonu 35

36 Kaynaklar Walski, Thomas M., et al. "Advanced water distribution modeling and management." (2003). İller Bankası Anonim Şirketi, İçmesuyu Tesisleri Etüt, Fizibilite ve Projelerinin Hazırlanmasına Ait Teknik Şartname. (2013). DSİ Genel Müdürlüğü, İçmesuyu Temin Projelerinde Nüfus ve Su İhtiyaç Tahmin Esasları. (2012). Temelsu Uluslararası Mühendislik Hizmetleri A.Ş., İnegöl İlçe Merkezi, Cerrah, Yeniceköy Beldeleri ve Civar Köyler İçmesuyu Uygulama Projesi Raporu (2016) 36