طراحي سيستم جمع‌آوري و دفع آب باران (بخش اول)

۶ ماه قبل ۴۴۷ ۰

فاكتورهاي مؤثر در طراحي و ارزيابي سيستم‌هاي جمع آوري آب باران عبارتند از:

1) الگوهاي بارندگي                                                                       

2) توپوگرافي و الگوهاي تخليه آب

3) مفاهيم معماري

4) طرح اقتصادي مناسب 

5) سلامتي و زيباشناسي 

براي طراحي سيستم‌هاي جمع آوري آب باران داده‌هاي بارندگي بايد از ايستگاه‌هاي هواشناسي جمع آوري گردد. اين داده‌ها در ارزيابي بارندگي روزانه و ماهانه و اينكه سيستم قادر به تأمين نيازهاي مورد تقاضا مي‌باشد را فراهم مي‌آورد. براي طراحي يك سيستم برداشت آب باران، اطلاعات بارندگي در يك دوره حداقل 10 ساله لازم مي‌باشد. بهتر است اطلاعات مختص مكان طراحي باشد. داده‌ها براي يك منطقه خاص را مي‌توان توسط گروه‌هاي هواشناسي، كشاورزي و هيدرولوژي در مراكز تحقيقاتي و فرودگاه‌ها به دست آورد. چون مقدار بارندگي جمع آوري شده نيز براساس توپوگرافي مي‌باشد، بنابراين سطح زمين نيز بايد فراهم گردد. اين داده‌ها به برآورد كمي مقدار آب باران قابل برداشت (DEMs) مدل ارتفاع رقومي از سطح زمين كمك شاياني دارد.

مطابق شکل زیر آب‌های حاصل از بارندگی بر روی ساختمان‌ها را با لوله جداگانه‌ای به نام لوله آب باران (ناودان) جمع‌آوری و تخلیه می‌نمایند. لوله آب باران را معمولا به لوله تخلیه فاضلاب وصل نمی‌کنند زیرا ممکن است در عملکرد سیستم لوله‌کشی فاضلاب اختلال ایجاد کند. در معابر عمومی و فضاهای شهری محل‌هایی به منظور هدایت آب‌های ناشی از نزولات جوی در معابر تعبیه می‌گردد و معمولا بین پیاده رو و خیابان ساخته می‌شود در شکل 6-5 نمونه‌ای از دهانه‌های ورود آب باران در خیابان ارائه شده است.

آب باران، محاسبات آب باران

اجزای سیستم جمع آوری و دفع آب باران

1) سيستم جمع آوري آب باران به طور كلي شامل ساختار ساده اي مانند سقف و ناودان مي‌باشد كه آب باران را به سمت منابع ذخيره سازي هدايت مي‌كند. به دليل اينكه پشت بام‌ها، به راحتي حجم زيادي از آب باران را جمع آوري مي‌كنند، به عنوان ناحيه ي باران گير بسيار ايده آل هستند. مقدار و كيفيت آب باران جمع آوري شده از يك ناحيه باران گير، به شدت باران، سطح پشت بام، نوع مواد بام و محيط اطراف آن بستگي دارد. پشت بام‌ها بايد از مواد شيميايي بي اثر مانند چوب، پلاستيك، آلومينيوم، و يا فايبر گلاس ساخته شود. بهترين مواد مورد استفاده در بام شامل تخته سنگ، سفال‌هاي رسي و سفال‌هاي بتني مي‌باشند. ورق‌هاي گالوانيزه، آهني و يا فولادي همچنين سقف كاهگلي ساخته شده از برگ نخل نيز مناسب هستند. به طور كلي، مناطق رنگ نشده و بدون پوشش سطحي مناسب ترين نواحي هستند. اگر رنگ استفاده مي‌شود، بايد غير سمي (بدون سرب) باشد.

2) يك سيستم انتقال نيازمند انتقال آب باران از سقف ناحيه باران گير به سيستم ذخيره سازي، توسط اتصال زهكش‌هاي سقف لوله‌هاي تخليه و لوله كشي از بالاي پشت بام به يك يا چند مجراي آب است كه انتقال آب باران از طريق يك سيستم فيلتربه مخازن ذخيره سازي است. مناسب ترين اين لوله‌ها از جنس پلي اتيلن (PP) پلي پروپيلن ،(PE) و يا فولاد ضد زنگ مي‌باشند. قبل از ذخيره سازي آب در مخزن و قبل از استفاده، بايد آن را براي حذف ذرات و بقاياي موجود تصفيه كرد. انتخاب سيستم فيلترينگ به شرايط ساختمان بستگي دارد. سيستم هايي كه جريان اوليه باران را پس از فيلتر كردن به دور از مخزن ذخيره سازي هدايت مي‌كنند بدون شك لازم مي‌باشند. اين سيستم آلاينده‌هاي موجود در آب باران كه بالاترين حد آن در اولين رگبار مي‌باشد را حذف مي‌كند. سيستم‌هاي انحراف جريان اوليه داراي اندازه‌هاي استاندارد مي‌باشد.

3) تانك يا مخزن ذخيره، جهت ذخيره آب باران جمع آوري شده براي استفاده در هنگام نياز مي‌باشد. با توجه به فضاي موجود، اين تانك مي‌تواند بالاتر از تراز زمين و يا در زير زمين ساخته شود. اين سيستم ممكن است به عنوان بخشي از ساختمان و يا ممكن است به عنوان يك واحد مجزا واقع در فاصله دورتر از ساختمان ساخته شود. مخزن ذخيره سازي بايد از يك ماده بي اثر مانند بتن مسلح، فولاد و بتن مسلح فايبر گلاس، پلي اتيلن و يا فولاد ضد زنگ ساخته شود، و يا آنها را مي‌توان از چوب، فلز، يا خاك همان زمين ساخت. انتخاب مواد، به در دسترس بودن و قيمت آنها بستگي دارد. انواع مختلف را مي‌توان از جمله مخازن فولاد و بتن مسلح استوانه اي، كوزه ملات (ظروف بزرگي كه از ملات هايي، تقويت شده با سيم ساخته شده است)، مخزن تكي و يا مخازن به هم پيوسته نام برد. مخازن پلي اتيلن، رايج ترين و ساده ترين نوع مخزن براي درست كردن و اتصال به سيستم لوله كشي است. مخازن ذخيره سازي بايد كدر شده تا مانع رشد جلبك شوند و بايد به منظور كاهش انتقال آب از راه دور، نزديك به نقاط عرضه و تقاضا واقع شوند. جريان آب به داخل مخزن ذخيره سازي نيز در كيفيت آب مخزن عامل تعيين كننده اي به حساب ميآيد. مدخل آرام كنندهي آب باران از تكان خوردن رسوب جلوگيري مي‌كند. به محض خروج آب از مخزن، آب ذخيره شده از تميزترين بخش مخزن، درست در زير سطح آب، با استفاده از يك فيلتر شناور، استخراج ميشود. استفاده از يك سرريز زانويي شيب دار جهت تخليه هر نوع ماده شناور و براي محافظت از گازهاي فاضلاب ضروري است. همچنين مخازن ذخيره بايد جهت جلوگيري از ورود حشرات و حيوانات بسته نگه داشته شوند.

4) سيستم تحويل كه آب باران را به محل مصرف انتقال مي‌دهد و معمولا شامل يك پمپ كوچك، مخزن تحت فشار،لوله و شيرآب است، چراكه انتقال تنها با استفاده از ثقل بر روي محل امكان پذير نيست. در صورتي كه آب باران به عنوان منبع گندزدايي از آب باران حاصله، به روش فيلتراسيون و يا ضدعفوني كننده‌هاي ازن يا، UV آب آشاميدني استفاده مي‌شود، لازم مي‌باشد.

5) مخازن يا تانك‌هاي ذخيره سازي، معمولا گران ترين بخش از سيستم برداشت آب باران است كه نيازمند يك طراحي و ساخت دقيق مي‌باشد. مخزن بايد با دوام، مانع در برابر دخول آب و آلوده شدن آب جمع آوري شده باشد. طراحي كليه مخازن آب باران بايد حداقل شامل موارد زير باشند:

·       پوشش جامد محكم

·       يك فيلتر ورودي درشت

·       يك لوله سرريز

·       يك دريچه بزرگ، تشتك، و زهكش به منظور تسهيل در تميز كردن

·       يك سيستم استخراج كه آب را آلوده نكند، به عنوان مثال شير يا پمپ.

مخازن ذخيره سازي براي برداشت آب باران خانگي در دو دسته طبقه بندي مي‌شود:

الف) مخازن سطحي يا بالاتر از زمين، براي جمع آوري آب سقف، رايج تر مي‌باشند و

ب) مخازن زير سطحي و يا زيرزميني، رايج براي سيستم‌هاي جمع آوري آب‌هاي سطحي است.

مصالح و نحوه طراحي براي ديوارهي تانك يا مخازن زير سطحي بايد به گونه اي باشد كه قادر به مقاومت در برابر فشار خاك و آب موجود در خاك از خارج مخزن، وقتي كه مخزن خالي است باشد. ريشه‌هاي درختان همچنين مي‌توانند به مخازن واقع در زير زمين آسيب رسانند.

تعیین میزان بارندگی

رابطه شدت، مدت، دوره بازگشت _ شدت بارش (Intensity) بر حسب ارتفاع ریزش در زمان تعیین می‌گردد. واحد اندازه‌گیری بر حسب میلی متر در ساعت می‌باشد. منظور از شدت بارش، مقدار متوسطی است که از تقسیم ارتفاع بارش در مدت زمانی که این ارتفاع ریزش اتفاق افتاده است، حاصل می‌شود. پس در یک بارش دوساعته، شدت بارش بارندگی از حاصل تقسیم ارتفاع ریزش بردو ساعت به دست می‌آید. در طول مدت بارندگی، شدت بارش ثابت نیست و به علاوه در یک منطقه که بارندگی اتفاق می‌افتد، شدت بارش از محلی به محل دیگر تفاوت دارد. شدت بارش عبارت است از مقدار بارندگی در واحد زمان:

آب باران، محاسبات آب باران

که P مقدار بارش (میلیمتر)، t مدت بارش (ساعت) و i شدت بارش (میلیمتر در ساعت یا میلیمتر بر دقیقه یا اینچ بر ساعت) است. وقتی بارندگی اتفاق می افتد، شدت بارندگی در زمان های مختلف متفاوت می باشد که این نسبت را می توان به شکل نمودار شدت-زمان (Hyetograph) نشان داد. خاصیت این نمودار در این است که با محاسبه مساحت هر قسمت از سطح بارش، می توان مقدار بارشی که در آن فاصله زمانی اتفاق افتاده است را محاسبه نمود.

آب باران، محاسبات آب باران

روابط شدت، مدت، دوره بازگشت را با توجه به تحلیل آمار باران نگارها در ایستگاه‌های مختلف باید تهیه نمود. در مورد شهرهایی که درآنها باران نگار موجود نباشد و یا آمار این ایستگاه‌ها محدود باشد، می‌بایست با توجه به شباهت‌های اقلیمی (شامل شرایط اقلیمی منطقه، اثرات شرایط اقلیمی مناطق مجاور و موقعیت استقرار ایستگاه) با سایر نقاطی که آمار طولانی تر برای آنها وجود دارد و مقایسه با آمار حداکثر بارندگی 24 ساعته و 48 ساعته، ضرایب تطبیق مناسب به دست آورد.

در مورد شهرهایی که ذوب برف و یخ به هنگام بارندگی محتمل باشد و بالاجبار از داخل شهر عبور نماید مقدار رواناب حاصل از آن مورد نظر قرار گیرد. با توجه به اضافه شدن آمار ایستگاه‌های باران نگار لازم است حداقل هر 5 سال یکبار در روابطی که قبلا تهیه شده تجدیدنظر به عمل آید. در مورد حوزه‌های آبریز بزرگ می‌بایست امکان تغییر روابط شدت، مدت در قسمتهای مختلف حوزه در اثر تغییرات ارتفاع و مسخصات اقلیمی مورد توجه قرار گیرد.

ضریب مساحت حوزه ـ اعداد به دست آمده از روابط شدت ـ مدت، مربوط به میزان بارندگی در یک ایستگاه می‌باشد.در صورتیکه منظور به دست آوردن میزان بارندگی در یک سطح بزرگ با زمان دوام معین باشد، می‌بایست اثر سطح و مدت دوام را نیز به حساب آورد. این اثرات را در ضریبی به نام ضریب مساحت حوزه در نظر می‌گیریم. این ضریب می‌بایست با مطالعات محلی تعیین شود.

دوره بازگشت ـ هرقدر دوره بازگشت بارندگی‌ها بیشتر انتخاب شود، میزان حفاظت منطقه در مقابل رواناب سطحی بیشتر شده و متقابلا هزینه سرمایه گذاری افزایش می‌یابد. انتخاب دوره بازگشت بارندگی برای مناطق مختلف می‌بایست با توجه به توجیه اقتصادی هزینه‌های لازم (سرمایه گذاری اولیه و هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری) نسبت به منافع حاصله (کاهش خسارت) برای درجات حفاظت متخلف انجام شود. 

رابطه فراوانی با عمق یا شدت بارندگی _ فراوانی شدت یا عمق بارندگی ها یکی از مهمترین پارامترهای مورد نیاز برای محاسبه سیلاب ها است که حاصل آن عمق یا شدت بارندگی ها برای دوره بازگشت ها متعارف مختلف است. نحوه برآورد شدت یا عمق رگبارهای با تداوم و فراوانی وقوع مورد نظر دو وضعیت متصور است. در حالت اول داده های بارندگی برای محدوده مورد نظر موجود است و نتیجتا تحلیل آماری داده ها مستقیما امکانپذیر خواهد بود. در حالت دوم، به علت فقدان داده های باران سنج و ثبات و یا کمبود آمار رگبارهای کوتاه مدت، ناگزیر به استفاده از روش ها و یافته های تجربی خواهیم بود.

 

*این مطلب ادامه دارد ...

لینک مطالب مرتبط :

طراحی سیستم جمع آوری و دفع آب باران (بخش دوم)

 

منبع : بخشی از کتاب تاسیسات بهداشتی ساختمان - مولف : پیمان ابراهیمی ناغانی، بهنام آسایش - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه