TMMOB

İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI

ANKARA ŞUBESİ

SU DAĞITIM ŞEBEKELERİNİN

MODELLENMESİ

Gençer Gençoğlu

1

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

Su Temin Sistemleri

Su Kaynakları

Arıtma Tesisleri

Ana İletim Boruları (İsale Hatları)

Su Depoları

Dağıtım Boruları

Abone Bağlantıları

3

Su Dağıtım Şebekeleri

Su Temin Sistemleri

Su Kaynakları

Arıtma Tesisleri

Ana İletim Boruları (İsale Hatları)

Su Depoları

Dağıtım Boruları

Abone Bağlantıları

4

Su Dağıtım Şebekeleri

Su Temin Sistemleri

5

Su Dağıtım Şebekeleri

Bileşenler (Su Depoları)

6

Prizmatik Gömme depolar

Ayaklı Depolar

Bileşenler (Şebeke Boruları)

7

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

Modellemeye Giriş

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

9

Modellemeye Giriş

10

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

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

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)

Z1 = H2 + hL =

13

A B

Biraz teori

14

ɣ

A B

Biraz teori

Sistemin temeli: Enerji denklemi ve korunumu

Z1 = =

15

Biraz teori

Yük kayıpları?

hl = f(Q, D, Malzeme)

Darcy Weisbach,

Hazen Williams,

16

Modelin Oluşturulması (Tasarım)

Haritalar

1/25bin ölçekli HGK haritaları

Halihazır haritalar

İmar Planları

Topografik haritalar (dijital)

Proje alanındaki İş Sonu projeleri

CBS Altlığı

17

Şebeke Basınç Katları

Modelin Oluşturulması (Tasarım)

Basınç Katları (Basınç Bölgeleri) oluşturulurken;

Minimum işletme basıncının 20 m (N>50.000 ise 30 m)

Statik basıncın en çok 60 – 65 m olması hedeflenir.

18

İşletme Basıncı

Statik Basınç

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

Basınç Katlarının Oluşturulması

Topoğrafya

20

21

Alt Ölçüm Bölgelerinin Oluşturulması

Dağıtım sisteminde, akım kontrolünü sağlamak.

İşletme aşamasında bakım ve onarım amaçlı bölgesel tecrit oluşturmak .

Bu bölgelerin boyutları en çok 20.000 kişilik (5000 abone) nüfus bölgeleri dikkate alınarak seçilebilir (genel geçer bir kriteri bulunmakta).

Bu beslenme noktalarına akım ve basınç ölçerler önerilebilir.

22

23

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

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

Su Tüketimleri

İller Bankası İçmesuyu Tesisleri şartnamesine göre

DSİ Nüfus Tahmin Esaslarına göre

Yerleşim yeri nüfusuna göre 150 ~ 200 litre/(kişi/gün)

27

Su Tüketimi Dalgalanmaları (Pattern)

28

Çar

pan

Ç

arp

an

Çar

pan

Ç

arp

an

İş Merkezi

Zaman

Zaman Zaman

Zaman

Mesken

Sanayi Restoran

Su Tüketimi Dalgalanmaları (Pattern)

29

Sapma

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

Şebeke Çözümü

Simülasyon

Tek zamanlı - Durağan Durum Analizi (Steady State – SS)

Uzun Süreli Analiz (Extended Period Simulation – EPS)

31

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

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

Şebekede Boru Çapı Optimizasyonu

Mutfak zamanı…

8 tane boru

14 farklı çap seçeneği

Kaç farklı çözüm???

148 = 1.475.789.056

34

Çap Birim Fiyat

(mm) ($/m)

25,4 2

50,8 5

76,2 8

101,6 11

152,4 16

203,2 23

254,0 32

304,8 50

355,6 60

406,4 90

457,2 130

508,0 170

558,8 300

609,6 550

Şebekede Boru Çapı Optimizasyonu

35

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)

www.wikipedia.org

36