Χρήση μοντέλων επίλυσης κυκλοφοριακών δικτύων ύδρευσης οικισμών

Abstract

Προϋπόθεση για την εύρυθμη λειτουργία ενός δικτύου ύδρευσης είναι η εξασφάλιση επαρκούς ποσότητας και ποιότητας νερού για την κάλυψη της κατανάλωσης, μέσα σε αποδεκτά όρια πίεσης. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί διάφορα υπολογιστικά πακέτα ανάλυσης δικτύων, τα οποία βάση των μαθηματικών μοντέλων που αυτά υποστηρίζουν, υποβοηθούν τον μελετητή που σχεδιάζει ή την υπηρεσία που διαχειρίζεται ένα δίκτυο ύδρευσης για την λήψη ορθολογικών αποφάσεων, από τεχνική και οικονομική άποψη. Σε αντίθεση με τις κλασικές μεθόδους επίλυσης δικτύων ύδρευσης, τα υπολογιστικά αυτά πακέτα μπορούν να επιλύσουν μέσα σε μόλις μερικά δευτερόλεπτα δίκτυα δεκάδων χιλιάδων αγωγών. Τα προγράμματα αυτά ουσιαστικά πραγματοποιούν μια μαθηματική περιγραφή ενός δικτύου διανομής, η οποία επιτυγχάνεται με μετασχηματισμό του φυσικού συστήματος σε ένα εννοιολογικό μοντέλο, βάσει του οποίου το σύνολο των συνιστωσών του δικτύου αναπαρίσταται υπό μορφή ιδεατών κόμβων και κλάδων. Πέρα όμως από τις δυνατότητές τους, η ερμηνεία των αποτελεσμάτων των μοντέλων, όπως και η θέσπιση των κριτηρίων επιλογής, υπόκεινται στην ανθρώπινη κρίση και εμπειρία. Θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αποτελεί η χρήση μοντέλων για την επίλυση κυκλοφοριακών δικτύων ύδρευσης οικισμών. Πιο συγκεκριμένα, έγινε χρήση του λογισμικού προγράμματος EPANET, το οποίο επιλύει και προσομοιώνει τη χρονική διακύμανση των υδραυλικών και ποιοτικών χαρακτηριστικών της ροής σε δίκτυα διανομής υπό πίεση κάθε μεγέθους και οποιασδήποτε τοπολογίας. Εφαρμογή της παρούσας εργασίας, αποτέλεσε η χρήση του EPANET για την επίλυση τόσο σταθερής κατάστασης όσο και χρονικά μεταβαλλόμενης κατάστασης, του δικτύου ύδρευσης του οικισμού του Μανδρακίου της Νισύρου. Το υπό μελέτη δίκτυο, επιλύθηκε υπό συνθήκες μέγιστης κατανάλωσης, γεγονός που αποτελεί τη δυσμενέστερη κατάσταση λειτουργίας για κάθε δίκτυο διανομής νερού. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη περιγραφή των δικτύων ύδρευσης. Περιγράφεται η δομή των δικτύων ύδρευσης, οι λειτουργικές τους απαιτήσεις και γίνεται και μια σύντομη περιγραφή κάποιων βασικών υδραυλικών μεγεθών. Επίσης γίνεται αναφορά στα μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση και επίλυση των δικτύων ύδρευσης. Το δεύτερο κεφάλαιο αφορά την κατανάλωση νερού. Πιο συγκεκριμένα γίνεται μια σύντομη περιγραφή των υδατικών χρήσεων, περιγράφεται η μονάδα μέτρησης της κατανάλωσης καθώς επίσης και η διακύμανση της κατανάλωσης. Τέλος περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο η διακύμανση της κατανάλωσης εκφράζεται μέσω τον λογισμικών προγραμμάτων. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη περιγραφή του λογισμικού προγράμματος EPANET και στο τέταρτο κεφάλαιο επιλύεται, ως παράδειγμα, ένα κλειστό δίκτυο ύδρευσης με χρήση του λογισμικού προγράμματος EPANET. Το πέμπτο κεφάλαιο περιλαμβάνει την εφαρμογή της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Πραγματοποιείται επίλυση του δικτύου ύδρευσης του οικισμού Μανδρακίου της Νισύρου, υπό συνθήκες μέγιστης κατανάλωσης, μέσω του λογισμικού προγράμματος EPANET και παρουσιάζονται όλα τα αποτελέσματα που εξήγαγε το πρόγραμμα και παρατίθενται επίσης κάποια συμπεράσματα που προέκυψαν από την επίλυση του δικτύου. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται κάποια γενικά συμπεράσματα που αφορούν το λογισμικό πρόγραμμα EPANET.

The basic condition for the operation of a water distribution system is the guarantee of sufficient quantity and quality of water for consumption, into the acceptable limits of pressure. In the contrary to the classic methods of resolution of water networks, the new software that have been developed over the last years, can solve quickly and accurately networks that consist of thousands links. These computer programs substantially realise a mathematic description of network of distribution, which is achieved with transformation of the natural system into a conceptual model, into which the components of a water network are represented as ideal nodes and links. The subject of this particular diploma thesis is the use of models for the resolution of looped water distribution systems. More specifically, the software used to resolve the water networks in this diploma thesis is EPANET. The first chapter contains a short description of water distribution systems, their functional requirements and the basics hydraulics. There is also a report about the use of models for the simulation and resolution of water supply networks. The second chapter covers the subject of consumption of water in water distribution systems. The third chapter discusses about the computer software EPANET and in the fourth chapter is solved, as example, a looped water network with use of EPANET. The fifth chapter contains the insertion of a real-world water distribution system in EPANET, which is the water distribution system of Mandraki of the island Nisiros, under conditions of maximum daily consumption. The results of the analysis are presented in maps and tables. Finally, the sixth chapter discuses about the general conclusions that concern the software EPANET.