کلیات مخازن آب شرب

مخازن، يكي از اجزاي مهم سامانه هاي آبرساني مي باشند كه بايد به گونه اي طراحي گردند تا علاوه بر جبران تغييـرات تقاضاي آب، كاهش نوسانات فشار آب در شبكه ي توزيع، ذخيره و فراهم نمودن آب مورد نيـاز اطفـاي حريـق و اسـتمرار آبرساني و توزيع آن در هنگام قطع برق و حوادث احتمالي، از آلودگي آب نيز جلوگيري نمايند.

شرايط پي

در هنگام استفاده از اين ضوابط، فرض بر اين است كه زمين شناسي، مكانيك خاك، لـرزه خيـزي منطقـه و همچنـين شرايط پي درخصوص مسايلي از قبيل: نشست ، اختلاف نشست (نشست غيريكنواخت)، ظرفيت باربري ، اثرات خورنـدگي ناشي از آب و خاك ، سطح آب زيرزميني ، آبگونگي يا روانگرايي، فشار جانبي ، ضريب عكـسالعمـل افقـي و قـائم خـاك و ساير پارامترهاي مكانيك خاك، توسط گروه هاي ذي صلاح مورد بررسي قرار گرفته و نتايج حاصـل و پارامترهـاي لازم در اختيار گروههاي مختلف طراحي مخزن قرار داده شده است.
در مخازن بزرگ به منظور كنترل مضاعف نتايج آزمايش هاي مكانيك خاك ، حفر گمانه هاي تكميلي و كنترل مطالعات ژئوتكنيك اوليه مطابق نظر مهندس ژئوتكنيك توصيه مي شود.
طبقه بندي مخازن بتني از لحاظ وضعيت استقرار نسبت به تراز زمين
مخازن بتن مسلح برحسب وضعيت استقرار نسبت به تـراز زمـين، بـه دو دسـته ي مخـازن هـو ايي و مخـازن زمينـي طبقه بندي مي شوند. ضوابط ارائه شده در اين مجموعه مربوط به مخازن زميني مي باشد. براي طراحـي و اجـراي مخـازن هوايي لازم است به ضوابط مربوط مراجعه گردد.

1- مخازن بتني هوايي

مخازن هوايي، مخازني هستند كه براي ايجاد فشار مناسب در شبكه (به علت موجودنبـودن زمـين طبيعـي مرتفـع در منطقه ي تحت پوشش)، بر روي پايه ه اي قاب بندي شده و يا يكپارچه، احداث مي گـردد . در شـرايط معمـول، حجـم ايـن مخازن محدود بوده و براساس نياز تعيين مي گردد. نمونه هايي از مخازن هوايي احداث شده بر روي پايه هاي قاب بندي شده و يا يكپارچه در شكل شماره (1-1) آمده است.

2- مخازن بتني زميني

مخازن بتني زميني براي ذخيره ي آب تصفيه نشده يا بهداشتي، متعادل كردن فشار، مكش تلمبه خانه ها، تـامين فشـار شبكه و… استفاده مي شوند. با توجه به ضوابط پدافند غيرعامل و همچنين ملاحظات فني و معماري، مخازن بتني زمينـي ممكن است به صورت مدفون، نيمه مدفون و يا نمايان ساخته شوند.

الف – مخازن بتني زميني مدفون

مخازن بتني زميني مدفون مخازني هستند كه در عمق مناسب استقرار يافته و سپس پشت ديوارها و همچنـين روي سقف آن ها خاك مناسب ريخته و خاك پشت ديوارها متراكم گردد. اين گونه مخازن علاوه بر محاسني كه از لحاظ استتار دارند، از نظر تبادل حرارتي نيز شرايط مناسبي را فراهم مي آورند.

‌ب- مخازن بتني زميني نيمه مدفون

در اين مخازن عمليات خاكريزي صرفا تا بخشي از ارتفاع ديوار انجـام مـي شـود . ايـن گونـه مخـاز ن از لحـاظ اسـتتار، تغييرات دما و همچنين انبساط و انقباض دال سقف، شرايط نامناسبي دارند و با توجه به ضوابط پدافنـد غيرعامـل بـراي استفاده در شبكه آب آشاميدني شهري قابل توصيه نمي باشند.

‌ج- مخازن بتني نمايان

اين گونه مخازن به طورمعمول به لحاظ معماري منظر و يا نمادگرايي، و در تطابق با محيط پيرامون براي سـامان دهـي سيما و مناظر شهري، تاريخي و توريستي، به صورت نمايان ساخته مي شوند.
درشكل شماره (1-2) نمونه هايي از مخازن بتني زميني مدفون، نيمه مدفون و نمايان نشان داده شده است.
عواملي كه در انتخاب نوع مخازن زميني از لحاظ مدفون، نيمه مدفون و يـا نمايـان بـودن تـاثير دارد، شـامل ضـوابط پدافند غيرعامل، سطح آب زيرزميني، شرايط اقليمي، توپوگرافي، ژئوتكنيك، محدوديت زمين، رقوم مورد نظر، شيب زمين و يا لزوم سامان دهي سيما و مناظر مي باشد.
به منظور رعايت ضوابط پدافند غيرعامل و تامين تمهيدات لازم براي مقابله با يخ زدگي ، بايد از مخازن زميني مـدفون براي آب آشاميدني استفاده شود. درصورتي كه امكان مدفون كردن مخازن براي چنين مراكزي ميسر نباشد، مخزن بايد با نظر كميته پدافند غيرعامل ، و مطابق ضوابط مربوط مورد مطالعه خاص قرار گيرد.
در چنين شرايطي به علت ضوابط پدافند غيرعامل توصيه مي شود از مخازني كه شكل هندسي آنها داراي گوشه هاي تيز است، استفاده نشود.

سيستم سازهاي مخازن بتني زميني :

الف – سيستم سازهاي سقف

مخازن را مي توان مسقف و يا بدون سقف احداث نمود. مخازن آب آشاميدني بايد مسـقف و غيرقابـل نفـوذ باشـند . از مخازن بدون سقف به طور معمول در مواردي نظير حوضچه هاي تـه نشـيني، اسـتخرهاي شـنا و ذخيـره ي آب كشـاورزي استفاده مي شود. براي سقف مخازن مي توان يكي از سيستم هاي زير را انتخاب نمود:

الف- دال تخت قارچي

ب- تير- دال

با توجه به خصوصيات سازه اي و همچنين شرايط پايايي لازم براي سقف مخازن، سيستم نوع الف (دال تخت قارچي)، مناسب ترين و متداول ترين سيستم مي باشد. اگرچه در بعضي از موارد براي مخازن آب آشاميدني شـهري از سيسـتم دال دوطرفه با تيرهاي حمال محيطي نيز استفاده مي گردد.
درصورت استفاده از سيستم دال دوطرفه با تيرهاي حمال محيطـي، مشخصـات فنـي لازم بـراي پايـايي و همچنـين عملكرد دال به عنوان يك ديافراگم صلب بايد مورد مطالعه خاص قرار گيرد.
ب : اتصال سقف به ديوار در مخازن بتني زميني
به طور معمول اتصال سقف به ديوار در مخازن نيمه مدفون به منظور كاهش اثر تغيير طول هاي حرارتي، به صورت آزاد و در مخازن مدفون، جهت جلوگيري از نفوذ آب هاي زيرزميني به صورت يكپارچه در نظر گرفته مي شود. ارتبـاط محـيط خارج با محيط داخل مخازن بايد با كارگذاري آب بندهاي مناسب در محل اتصال سقف به ديوار، به طوركامل قطع گردد.
نمونه هايي از سيستم هاي اتصال سقف به ديوار مخازن بتني زميني در شكل شماره (1-3) آمده است.

سيستم سازهاي ديوار مخازن بتني زميني

الف – سيستم سازه اي ديوار در مخازن بتني مكعب مستطيلي زميني

سيستم سازه اي ديوار مخازن بتني زميني برحسب وجود درزهاي انبساط قائم در ديوار، مطابق يكـي از حـالات زيـر، به صورت يكپارچه و يا غيريكپارچه درنظر گرفته مي شود. انتخاب سيستم سازه اي مناسب براي ديوار مخازن بايد برمبناي ضوابط ارائه شده در فصل چهارم اين ضابطه صورت پذيرد.

الف- سيستم يكپارچه

− دال دوطرفه، متكي بر سه لبه و آزاد در لبه ي فوقاني (وضعيت اتكايي ممكن است لولايي يا گيردار باشـد )، در اين حالت ديوارها علاوه بر لنگر خمشي، تحت كشش در امتداد طولي نيز قرار مي گيرند.
− دال دوطرفه، متكي بر چهار لبه (وضعيت اتكايي ممكن است لولايي يا گيردار باشـد )، در ايـن حالـت ديوارهـا علاوه بر لنگر خمشي، تحت كشش در امتداد طولي و فشار در امتداد قائم نيز قرار مي گيرند.

ب- سيستم غيريكپارچه

− دال يك طرفه ي قائم طره اي، گيردار در پايين و آزاد در بالا
− دال يك طرفه ي قائم، گيردار در پايين و متصل به سقف در بالا، كه معمولا اتصال ديوار و سقف لـولايي فـر ض مي شود.
در سيسستم غيريكپارچه ديوارها و كف داراي درز انبساط مي باشند.

سيستم سازهاي مقاوم در مقابل نيروهاي زلزله در مخازن بتني زميني :

براي توزيع يكنواخت نيروي زلزله و جلوگيري از هرگونه تمركز نيرو بـه علـت لنگرهـاي پيچشـي بـزرگ، لازم اسـت مخزن داراي توزيع يكنواخت سختي در سطح افق باشد. به عنوان مثال، شكل شماره (1-6) نشان دهنده ي پـلان يـك نيم مخزن از يك مخزن بزرگ مي باشد كه توسط دو درز انبساط به چهار قسمت تقسيم شده اسـت . اگـر ربـع اول (1) مورد توجه قرار گيرد، ملاحظه مي شود كه وجود ديوارهاي a و b باعث تمركـز شـديد سـختي در گوشـه ي A مـي شـود. درحالي كه، در صورت عدم وجود ديوارهاي C و D، در گوشه ي B عملا سختي ناچيز است. لذا، منطق حكم مي كند كه به ترتيبي، سختي در گوشه ي B به وجود آيد. براي اين منظور، مي توان با تعبيه ي دو ديوار برشي C وD، توزيع يكنواختي از سختي براي ربع هاي مختلف در صفحه افق فراهم آورد.

فاصله ستون ها در مخازن بتني

بررسي تجربيات موجود در زمينه ي طراحي و اجراي مخازن بتني زميني نشان مي دهد كه فواصل متعارف ستون ها در حدود 4 تا 6 متر مي باشد. مطالعات انجام شده نيز نشان مي دهد كه فواصلي در حدود فوق، ضخامت معقولي براي سـقف (درحدود 20 تا 25 سانتي متر) به دست مي دهد و در ضمن تعداد و تراكم ستون ها از نقطـه نظـر اجرايـي درحـد معقـولي است. با توجه به توضيحات فوق، توصيه مي شود براي طراحي مخازن، در اكثر موارد فواصل ستون ها حدود 5 متر انتخاب شود. در مورد دهانه ي انتهايي براي ايجاد توازن در لنگرهاي مثبت و منفي، طول دهانه حدود 4 متر و با همين استدلال، طول دهانههاي طره اي موجود در مجاورت درزهاي انبساطي، حدود 2 متر منظور ميشود.

يخ زدگي در مخازن بتني زميني :

با توجه به شرايط اقليمي مناطق سردسير، امكان يخ زدگي در مخازن وجود داشته و سه نـوع پديـده ي يـخ زدگـي بـه شرح زير در مخازن قابل مشاهده است:
− يخ زدگي لوله ها و تجهيزات جانبي مخزن
− يخ زدگي سطوح در تماس با هواي مرطوب موجود در داخل فضاي مخزن
− يخ زدگي سطح آب داخل مخزن
راه كارهاي زير براي جلوگيري از وقوع پديده هاي فوق الذكر قابل توصيه مي باشد:
− براي لوله ها و تجهيزاتي كه بالاتر از عمق يخ زدگي اجرا مي شوند بايد عايق حرارتي مناسب و مقـاوم در مقابـل صدمات مكانيكي در نظر گرفته شود. ضخامت عايق حرارتي بايـد بـه نحـوي انتخـاب شـود تـا بتـوان شـرايط تجهيزات فوق الذكر را در حد عمق يخ زدگي در نظر گرفت و يا با محاسبات نشان داد امكـان يـخ زدگـي در آن شرايط وجود ندارد.
− حداقل 50 سانتي متر خاك بر روي سقف مخزن ريخته شود و يا آن كه معـادل ضـخامت 50 ميلـي متـر عـايق حرارتي پشم شيشه بر روي سطح خارجي مخزن كشيده شده و اين عايق بايد در مقابـل صـدمات مكـانيكي و تخريب ناشي از نفوذ آب محافظت شود. بدين ترتيب، مي توان از وقوع پديده يخ زدگي سطح آب داخل مخـازن و سطوح در تماس با هواي مرطوب در شرايط معمول جلوگيري نمود.1
براي شرايط برودتي سخت، لازم است محاسبات انتقال حرارت توسط كارشناس ذيربط انجام شود. براي بررسي نحـوه انتقال حرارت در مخازن بتني مي توان به پيوست شماره ي 1 اين ضابطه، با عنـوان »يـخ زدگـي در مخـازن بتنـي، نمونـه محاسبات« مراجعه نمود.

تهويه در مخازن بتني :

تعبيه هواكش در مخازن به تهويه و گردش هوا بر روي سطح آب كمك مي كند. درصورتي كه تهويه و گـردش هـوا در محدوده روي سطح آب و زير سقف مخزن وجود نداشته و يا به اندازه كافي نباشد، به علـت تبخيـر سـطحي، هـواي ايـن محدوده به حد اشباع مي رسد. وجود هواي اشباع در مخزن باعث مسايل مختلفي از جمله شوره زدن زير سقف مخزن بـر اثر تقطير مكرر مي شود و در شرايطي كه هواي محيط خارج زير صفر باشد، احتمال برفك زدگي و يخ زدگـي موضـعي در

1- لازم به توضيح است براي مخازن سيستم آبرساني شهري، با توجه به ملاحظات پدافند غيرعامل در طراحي مخازن بتني زميني، توصيه گرديـد ه اسـت در كليه ي شرايط آب و هوايي، از مخازن مدفون (با حداقل 50 سانتي متر خاكريزي بر روي سقف مخزن) استفاده شود.
سقف مخازن وجود دارد. يخ زدگي و آب شدن مكرر موجب آسـيب ديـدگي پوشـش ميلگردهـا شـده و در نتيجـه موجـب خوردگي آرماتورها مي گردد، خوردگي آرماتورها در حضور يون كلر با شـدت بـيش تـر ي روي مـي دهـد . بنـابراين، تهويـه مناسب و گردش كامل هوا در مخزن ضروري مي باشد كه ميتواند به دو طريق طبيعي و يا اجباري صورت گيرد.
ضمن آنكه، پيش بيني هواكش مناسب مي تواند از پديدآمدن فشار منفي در سازه ي مخزن، به دليل تركيدگي بـزرگ در لوله هاي خروجي جلوگيري نمايد. به منظور اطمينان از تامين هواي ورودي به مخزن و جلوگيري از پديدآمـدن فشـار منفي در شرايطي كه لوله خروجي دچار تركيدگي مي گردد، لازمست هواكش مناسب در مخازن پيش بينـي شـود . بـراي محاسبه ابعاد هواكش، بايد امكان تركيدگي بزرگترين لوله خروجي در نقطه خروج لوله از مخزن درنظرگرفته شود.
ميزان تبخير سطحي تابعي از شرايط محيطي و مساحت مخزن مي باشد و لازم است محاسبات مربوطـه بـا توجـه بـه آن كه شرايط محيطي در طول سال متغير بوده و تابع عوامل متعددي مي باشد، انجام شود. در صـورت دردسـترس نبـودن اطلاعات كافي براي انجام اين محاسبات، توصيه مي شود براي سيستم تهويه ي اجباري (مكانيكي) به ازاي هر مترمربـع از سطح مخزن، حدود 45 ليتر بر دقيقه ظرفيت تهويه، و براي تهويه طبيعي به ازاي هر مترمربع از سطح مخـزن حـدود 4 سانتي متر مربع هواكش در نظر گرفته شود.
با توجه به ضرورت گردش هوا بر روي سطح آب كل مخزن، بايد محل هواكش ها به نحـوي انتخـاب شـود تـا امكـان گردش كامل هوا فراهم گردد. بدين منظور توصيه مي شود در هر قسمت از مخزن كـه بـه طـور كامـل بـه وسـيله ديوارهـا محصور شده است، حداقل دو عدد هواكش با حداكثر فاصله ممكن از يكديگر تعبيه گردد. سطح موردنياز بـراي تهويـه ي طبيعي را مي توان با احداث سازه ي تهويه هوا، تعبيه ي دريچه هاي هواكش در ديواره دريچه هاي مخـزن و يـا اسـتفاده از هواكش هاي عصايي و همچنين با منظور نمودن لوله سرريز و ساير تمهيدات براي ورود هوا به تشخيص مهنـدس طـراح، فراهم نمود. در شكل (1-7) نمونه اي از سازه ي تهويه هوا براي مخازن بتني زميني 50.000 مترمكعبي و بزرگ تر، نشـان داده شده است. در مناطق سردسير، بايد تمهيدات لازم براي جلوگيري از مسدود شدن هواكش ها بر اثر انباشت برف و يـا يخ زدگي منظور گردد. چيدمان هواكش هاي ورودي و خروجي و ديوارهاي برشي بايد به نحوي باشد كه جريان حداقل هوا در بخش عمده ي سطح آب مخزن فراهم شود. با مدل كردن مخازن و جابجايي المان هـاي مـذكور مـي تـوان بـه بهتـرين چيدمان دست يافت.
در طراحي سازههاي تهويه هوا لازم است تمهيدات مربوط به رعايت ضوابط پدافند غيرعامل منظور گردد.

تحليل چگونگي تهويه ي هوا در مخزن را مي توان با استفاده از نرم افزارهايي كه قابليت مدل سـازي هندسـه جريـان و همين طور تحليل جريان هاي دو و يا سه بعدي را داشته باشند، انجام داد. روش حجم محدود نيز به عنوان روش مناسـب ديناميك سيالات محاسباتي مي تواند مورد استفاده قرار گيرد. با چنين ابزار و روش هايي، امكان جمع آوري اطلاعات كامل ساير پارامترها از قبيل تغييرات سرعت، فشار و درجه حرارت در تمام حجم مخزن ميسر ميباشد.

محل قرارگيري مخازن

جانمايي مخازن و ابنيه ي وابسته به آن در محوطه، با توجه به عملكرد اجزاي طـرح و تـراز قرارگيـري مخـازن انجـام مي شود. همچنين، رعايت ضوابط پدافند غيرعامل و انجام مطالعاتي نظير ملاحظات لرزه خيزي و ژئوتكنيك، رعايت فاصله مجاز از منابع و مجاري آلودگي و رعايت حريم ها نيز براي جانمايي مخازن بايد مدنظر قرار گيرد.
در طراحي مخازن با هدف سهولت اجرا و كاهش هزينه ها، معمولا از اشكال هندسي منظم استفاده مي شود. ليكن، در صورت نبودن فضاي مناسب جهت احداث مخازن با اشكال منظم، مي توان با رعايـت اصـول فنـي، از اشـكال خـاص نيـز استفاده نمود. رعايت ضوابط فصل هشتم، در جانمايي مخازن و طراحي محوطه و ابنيه ي وابسته به آن ضروري مي باشد.
ابزاردقيق، كنترل و مانيتورينگ
انتخاب تجهيزات ابزاردقيق و سيستم كنترل و مانيتورينگ مخازن بايد متناسب با كاربري مخـازن و سـاير تاسيسـات آبرساني منطقه ي طرح و براساس نيازهاي فلسفه ي كنترل طرح انجام گيرد. در مراحل تهيه ي »فلسفه كنتـرل سيسـتم « بايد درجه اهميت كاربري مخازن، تامين كامل نيازهاي سيستم، سهولت بهره برداري، افزايش قابليـت اطمينـان و امكـان ثبت و گزارش گيري اطلاعات ضروري سيستم توسط كارشناس ذي صلاح طراحي مدنظر قرار گيرد. انتقال سـيگنال هـا از تجهيزات به سيستم كنترل و مانيتورينگ مي تواند در فواصل كوتاه با سيم و در فواصل طولاني بـه صـورت بـي سـيم (بـا نصب تجهيزات تله متري و ساير سامانه هاي انتقال داده) انجام شود. با توجه به حساسيت تجهيـزات ابزاردقيـق، كنتـرل و مانيتورينگ، انجام كاليبراسيون دوره اي تجهيزات، رعايت اصول حفاظت فيزيكـي در نصـب و نگهـداري سـخت افزارهـا و همچنين تعريف سطوح دسترسي در نرم افزارها، بايد در مشخصات فني و فلسفه ي كنترل طرح گنجانده شود.
براي ملاحظه ي جزييات بيش تر در خصوص ابزاردقيق، كنترل و مانيتورينگ در مخازن بتني، مي توان به فصل ششـم اين ضوابط مراجعه نمود.
ملاحظات پدافند غيرعامل
پدافند غيرعامل مجموعه اقداماتي است كه به كارگيري آن ها مستلزم استفاده از جنگ افزار نبوده و اجراي آن ها سـبب افزايش بازدارندگي، كاهش آسيب پذيري و تداوم فعاليت هاي ضروري زيرساخت هاي مراكز حياتي، حساس و مهم كشور و همچنين ارتقاي پايداري ملي و تسهيل مديريت بحران در برابر اقدامات تهديدآميز ميگردد.
اقدامات دفاع غيرعامل شامل اصول اساسي و ملاحظاتي است كه در اغلب كشورهاي جهان اين اصول و ملاحظـات بـا كمي اختلاف پذيرفته شده اند، ولي شيوه به كارگيري آن ها ابتكاري و خردمندانه است. به همين دليل، وسعت هر اصل به خلاقيت طراح و شرايط و مكان بستگي دارد و بعضا حد و مرزي براي اين اصول نمي توان تعريف كرد.
در طراحي مخازن بتني زميني، رعايت ضوابط پدافند غيرعامل منتشر شـده توسـط سـازمان هـا ي ذي صـلاح الزامـي مي باشد. اصول و ملاحظات اساسي كه بايد در راستاي اجراي پدافند غيرعامل رعايت گردد، در ذيل معرفي شده است:
− آمايش سرزمين؛
− مكان يابي؛
− استتار، اختفا و فريب؛
− پوشش؛
− حفاظت فيزيكي و حراست در سطوح مختلف امنيتي؛
− مديريت بحران پس از وقوع حادثه.
براي ملاحظه ي ضوابط پدافند غيرعامل در طراحي مخازن بتني زميني، به فصل نهم اين نشريه مراجعه شود.