کاربرد روش چند بخشی نمودن طول خط به‌منظور بهبود شبیه‌سازی زوال کلر در خطوط انتقال آب اصفهان بزرگ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی و مدیریت منابع آب، گروه عمران، دانشکده مهندسی عمران و حمل‌ونقل، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و حمل‌ونقل، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

10.22093/wwj.2019.176018.2842

چکیده

کلر به‌عنوان متداول‌ترین ماده گندزدا برای جلوگیری از رشد میکربی در شبکه‌های آبرسانی استفاده می‌شود. غلظت کلر در سیستم‌های توزیع و یا خطوط انتقال آب به‌علت دو نوع مختلف زوال توده‌ای و زوال جدار کاهش می‌یابد. در این پژوهش با استفاده از نرم‌افزار EPANET، زوال کلر در خط انتقال آب اصفهان از تصفیه‌خانه باباشیخعلی تا شهر نایین در فصول تابستان و زمستان با مدل سینتیکی مرتبه اول به دو روش تک‌بخشی و دو بخشی شبیه‌سازی و نتایج با یکدیگر مقایسه شد. در روش اول شبیه‌سازی کلر با در نظر گرفتن کل خط انتقال آب اصفهان به‌عنوان یک بخش (تک‌بخشی) و تعیین یک ضریب زوال حجمی و یک ضریب زوال جدار برای کل خط انتقال انجام شد. در روش دوم خط انتقال به دو بخش تقسیم شد (دوبخشی) و ضرایب زوال کلر برای هر بخش جداگانه اختصاص داده شد. برای تعیین ضریب زوال توده‌ای کلر، آزمایش‌های بطری در دماهای 6 و 18 درجه سلسیوس انجام شد. نتایج نشان داد با جداسازی خط انتقال به دو قسمت و استفاده از ضرایب و پارامترهای زوال متناسب با همان قسمت، مقدار خطای جذر میانگین مربعات برای غلظت‌های کلر اندازه‌گیری شده و شبیه‌سازی شده در فصل تابستان از مقدار 09/0 به 03/0  و در فصل زمستان از 064/0  به 025/0 کاهش پیدا کرده است. بنابراین کاربرد روش چند بخشی به‌صورت قابل ملاحظه‌ای باعث بهبود نتایج شبیه‌سازی غلظت کلر در خطوط انتقال طولانی می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of Multiple-Part Method length of Line to Improve the Simulation of Chlorine Decay in Big Isfahan Water Conveyance Line

نویسندگان [English]

  • Yasaman Frouzandeh 1
  • Ali Dehnavi 2
  • Ahmad Shanehsazzadeh 2
1 MSc Student, Dept. of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Transportation, University of Isfahan, Isfahan, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Transportation, University of Isfahan, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Chlorine is used as the most common disinfectant to prevent microbial growth in water networks. The concentration of chlorine in distribution systems or water conveyance lines is reduced due to two different types of bulk and wall decay. In this study EPANET software is applied to numerically simulate chlorine decay in the Isfahan water supply line from the Baba Sheikhali water treatment plant to Naein. Two methods are applied for simulation and the results are compared to the measurement. In the first method, chlorine simulation was performed taking into account the whole Isfahan water conveyance line as one section (integrated) and determining a bulk decay and wall decay coefficient for the entire conveyance line. In the second method, the line was divided into two sections (bisection) and decay coefficients of chlorine for each section was separately considered. To determine the bulk reaction rate, the bottle tests were performed at 6o and 18o Celsius corresponding to winter and summer. The results indicated that separating the line to two and applying independent coefficients and decay parameters to each part improves the results and the RMSE values are reduced from 0.09 to 0.03 in summer and from 0.064 to 0.025 in winter.  Therefore, dividing the line in two or more sections substantially improves the accuracy of the simulation of chlorine decay.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drinking Water Quality
  • Coefficients of Chlorine Decay
  • Chlorine Residual
  • Isfahan Water Conveying Line
  • EPANET

Abokifa, A. A., Yang, Y. J., Lo, C. S. & Biswas, P. 2016. Investigating the role of biofilms in trihalomethane formation in water distribution systems with a multicomponent model. Water Research, 104, 208-219.

Ahn, J., Lee, S., Choi, K. & Koo, J. 2012. Application of epanet for the determination of chlorine dose and prediction of thms in a water distribution system. Sustainable Environment Research, 22, 31-38.

Al-Jasser, A. O. 2011. Pipe service age effect on chlorine decay in drinking-water transmission and distribution systems. Clean - Soil, Air, Water, 39, 827-832.

Beddo, V. C. & Kreuter, F. 2015. A handbook of statistical analyses using spss, Chapman & Hall/CRC Press Llc., USA.

Bensoltane, M. A., Zeghadnia, L., Djemili, L., Gheid, A. & Djebbar, Y. 2018. Enhancement of the free residual chlorine concentration at the ends of the water supply network: case study of Souk Ahras city – Algeria. Journal of Water and Land Development, 38, 3-9.

Boccelli, D. L., Tryby, M. E., Uber, J. G. & Summers, R. S. 2003. A reactive species model for chlorine decay and thm formation under rechlorination conditions. Water Research, 37, 2654-2666.

Boulos, P. F., Vasconcelos, J. J., Rossman, L. A., Clark, R. M. & Grayman, W. M. 1997. Kinetics of chlorine decay. Journal of American Water Works Association, 89, 54-65.

Castro, P. & Neves, M. 2010. Chlorine decay in water distribution systems case study. Lousada network. Electronic. Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry, 2, 261-266.

Gheybi, M. & Danesh, S. 2007. Indicating the bulk decay reaction order using the non-linear multi-variable regression methods and calculating the reaction constant through an integration of simulink simulation environment and the genetic algorithm (GA). 4th International Conf. of Environmental Planning and Management, Fersowsi Unveristy of Mashhad, Iran. (In Persian)

Fisher, I., Kastl, G. & Sathasivan, A. 2017. A comprehensive bulk chlorine decay model for simulating residuals in water distribution systems. Urban Water Journal, 14, 361-368.

Fisher, I., Kastl, G., Sathasivan, A., Cook, D. & Seneverathne, L. 2015. General model of chlorine decay in blends of surface waters, desalinated water, and groundwaters. Journal of Environmental Engineering, 141, 1-10.

Fisher, I., Kastl, G. & Sathasivan, A. 2011. Evaluation of suitable chlorine bulk-decay models for water distribution systems. Water Research, 45, 4896-4908.

Georgescu, A. M. & Georgescu, S. C. 2012. Chlorine concentration decay in the water distribution system of a town with 50000 inhabitants. Upb Scientific Bulletin, Series D: Mechanical Engineering, 74, 103-114.

Goyal, R. V. & Patelb, H. M. 2017. Optimal location and scheduling of booster chlorination stations for drinking water distribution system. Journal of Applied Water Engineering and Research, 5, 51-60.

Haas, C. N. & Karra, S. B. 1984. Kinetics of wastewater chlorine demand exertion. Journal of The Water Pollution Control Federation, 56, 170-173.

Hallam, N. B., West, J. R., Forster, C. F. & Simms, J. 2001. The potential for biofilm growth in water distribution systems. Water Research, 35, 4063-4071.

Kohpaei, A. J., Sathasivan, A. & Aboutalebi, H. 2011. Evaluation of second order and parallel second order approaches to model temperature variation in chlorine decay modelling. Desalination and Water Treatment, 32, 100-106.

Monteiro, L., Figueiredo, D., Dias, S., Freitas, R., Covas, D. Menaia, J. et al. 2014. Modeling of chlorine decay in drinking water supply systems using Epanet MSX. Procedia Engineering, 70, 1192-1200.

Mostafa, N. G., Matta, M. E., Halim, H. A. & Monteiro, L. 2013. Simulation of chlorine decay in water distribution networks using EPANET – case study. Civil and Environmental Research, 3, 100-116.

Powell, J. C., Hallam, N. B., West, J. R., Forster, C. F. & Simms, J. 2000. Factors which control bulk chlorine decay rates. Water Research, 34, 117-126.

Tiruneh, A. T., Debessai, T. Y., Bwembya, G. C., Nkambule, S. J. & Zwane, L. 2019. Variable chlorine decay rate modeling of the matsapha town water network using EPANET program. Journal of Water Resource and Protection, 11, 37-52.

Vieira, P., Coelho, S. T. & Loureiro, D. 2004. Accounting for the influence of initial chlorine concentration, TOC, iron and temperature when modelling chlorine decay in water supply. Journal of Water Supply: Research and Technology, 53, 453-467.