Water Supply System

1. Water Supply System ENG:MUSTAFA ABOU FOUL

2. Contents

3. Project Title • Project:Design and analysis of water supply system of Gaza city. • The aim and objective of the project is to supply safe water for the cheapest cost for all areas of Gaza city. • يهدف Water Supply System إلى تزويد المستهلك (المناطق السكنية، المنشآت الصناعية والتجارية، المباني العامة) بالمياه الصالحة للشرب - أي الخالية من أي ملوثات يمكن أن تضر بالإنسان – وذلك بأقل تكلفة ممكنة.

4. Main Objectives • The main objectives of water transport and distribution systems are common: • supply of adequate water quantities, • maintaining the water quality achieved by the water treatment process • Each of these objectives should be satisfied for all consumers at any moment and at acceptable cost. • Speaking in hydraulic terms, sufficient quantity and quality of water can be maintained by adequate pressure and velocity.

5. Main Objectives • Considering the engineering aspects, the quantity and quality requirements are met by making proper choices in the selection of components and materials. • إذاً يتطلب تصميم شبكة تغذية مياه تحقيق الأهداف التالية: • تزويد كميات كافية من المياه تلبي حاجات المستهلك في الظروف العادية والغير عادية(مثل حرائق، عطل فني في نظام التزويد بالطاقة، ..)، وذلك عن طريق توفير معدل تدفق (Flow Rate “Q”) مناسب وبضغط كافي بحيث تصل المياه إلى أبعد نقطة في الشبكة. وهذا يتطلب مراعاة الحدود الدنيا والقصوى لكل من السرعة والضغط.

6. Main Objectives • فإذا زادت السرعة عن حد معين فهذا يسبب اهتراء وتآكل في الأنابيب عبر الزمن كما يسبب فقد أعلى في الطاقة، وإذا قلت السرعة عن حد معين فتكون البيئة مناسبة لنمو انواع معينة من الكائنات الحية التي تؤثر على جودة المياه كما تزيد الترسيبات في الأنابيب. • أما إذا زاد الضغط عن حد معين فربما يؤدي ذلك إلى انفجار الأنابيب أو تعطل بعض عناصر الشبكة، وإذا قل الضغط عن حد معين فربما لاتصل المياه بالكمية التي نريدها وإلى نقاط السحب البعيدة. ولذلك هذا كله يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار أثناء تصميم الشبكة. • ضمان جودة المياه. • تحقيق الجدوى الاقتصادية.

7. Water Supply System لذلك يلزم لإنشاء شبكة تغذية مياه (Water Supply System) مايلي: • مصدر نظيف للمياه (Water Source) • مياه سطحية (بحيرات وأنهار وغيرها). • مياه جوفية (آبار). (المصدر الوحيد للمياه في غزة). • منشآت ومعدات لمعالجة وتخزين المياه الخام (محطة معالجة قرب المصدر). • خطوط رئيسية ناقلة للمياه المعالجة إلى المدن (إن لزم الأمر). • خطوط رئيسية وفرعية لتوزيع المياه داخل المدن. شكل (2) Transport System Distribution Network System Water Supply System = Transport + Distribution Network

8. Water Supply System Processes In general, a water supply system comprises the following processes: raw water extraction and transport. water treatment and storage. clear water transport and distribution. شكل (1) 1 هنيئا مريئا 2 3 المصدر الوحيد للمياه في غزة هي المصادر الجوفية أي الآبار تلزم معالجة المياه لضمان جودة وصلاحية المياه للشرب والاستخدام الآدمي

9. Water Treatment شكل (2)

10. Sources of Potable Water • Untreatedwater (also called raw water) may come from: • Groundwater Sources such as wells. • surface waters such as lakes, reservoirs, and rivers. • The raw water is usually transported to a water treatment plant, where it is processed to produce treatedwater (also known as potable or finished water).

11. Water Situation in Gaza Strip • يعتبر قطاع غزة من المناطق شبه الجافة حيث تتساقط الأمطار متقطعة في فصل الشتاء ابتداء من شهرسبتمبر وحتى أبريل. • إن المعدل السنوي لسقوط الأمطار في كامل قطاع غزة يصل إلى حوالي 317 ملم/العام. • يعتبر مصدر المياه الجوفية هو المصدر الوحيد لتلبية احتياجات قطاع غزة من المياه للإستخدامات المتعددة (المنزلي و الزراعي و الصناعي). • معدل كميات الأمطار المتساقطة على قطاع غزة حوالي 110 مليون متر مكعب في العام. • هناك جزء معين من هذه الكمية (110) يغذي المياه الجوفية من خلال الرشح والترسب ويختلف ذلك من منطقة إلى أخرى اعتمادًا على عدة عوامل من أهمها نفاذية وسمك الطبقات السطحية التي تعلو الخزان الجوفي.

12. Water Situation in Gaza Strip • فإن المعدل العام للرشح بغزة قدر بنسبة 40 % من مجموعكميات الأمطار الساقطة(سلطة المياه الفلسطينية عام 2005 ) أي بمعنى آخر فإن مجموع المياه المغذيةللخزان الجوفي من الأمطار تصل إلى حوالي 45 مليون متر مكعب/العام. • الخزان الجوفي لقطاع غزة محدود بمساحة القطاع مع العلم أن الخزان الجوفي الساحلي الفلسطيني ممتد من سواحل حيفا شما ً لا الى سيناء جنوبًا و يمتد كذلك من جبال الخليل شرقًا الى البحر الأبيض المتوسط غربًا، و كنتيجة للإحتلال و الممارسات الاسرائيلية فإن الخزان الجوفي الساحلي لقطاع غزة أصبح محدود العطاء و ذلك كنتيجة لإقامة السدود على طول وادي غزة و ترشيح مياه خارج حدود القطاع و كذلك حفر أبار (اصطيادية) على الحدود الشرقية للقطاع.

13. Water Situation in Gaza Strip • قلة الأمطار و زيادة الرقعة العمرانية بالقطاع أدى الى قلة نسبه المياه المترشحة للخزان الجوفي، و كذلك تزايد عدد السكان المطرد بالقطاع مع تناقص بالمخزون الجوفي أدى الى استنزاف الخزان الجوفي و تداخل مياه البحر الأبيض المتوسط في بعض مناطق من القطاع وذلك لإرتباطه المباشرة مع الخزان الجوفي كنتيجة لفرق الضغط بين النقص الحاد بمنسوب المياه الجوفية مع استقرار منسوب مياه البحر. • فالوضع المائي الحالي بغزة وصل الى مرحلة حرجة جدًا فالكميات التي يتم استخراجها من الخزان الجوفي قدرت بأكثر من 160 مليون متر مكعب في سنة 2006 مع العلم أن كمية الشحن الطبيعية قدرت بأقل من 110 مليون متر مكعب بالسنة، و عليه أصبح العجز المائي للخزان الجوفي بأكثر من 50 مليون متر مكعب بالسنة الماضية.

14. مثال افتراضي لشبكة توزع مياه

15. General Steps of Network Design • الخطوات العامة لتصميم شبكات المياه: • المرحلة الأولى: مرحلة الدراسات الأولية (جمع البيانات) (Preliminary Studies) • التعرف على المنطقة المراد إنشاء شبكة مياه لها: • مساحة المنطقة. • الكثافة السكانية وعدد السكان. • التعرف على تضاريس المنطقة. (خريطة كنتورية وأخرى هيكلية).

16. General Steps of Network Design • التعرف على عادات سكان المنطقة في استهلاك المياه: • متوسط استهلاك الفرد الواحد من المياه. • تغير الاستهلاك مع الزمن (التغير بالساعة وباليوم وبالشهر وبالسنة)، فيما يعرف بمنحنى النسق (Pattern Curve). • التعرف على مصادر المياه في المنطقة • مياه سطحية • مياه جوفية • التعرف على الشبكة القديمة وعناصرها.

17. General Steps of Network Design • المرحلة الثانية: تخطيط الشبكة (Network Layout) • رسم الشبكة بجميع عناصرها (Wells, Pumps, Pipes, Valves, Tanks) • المرحلة الثالثة: التحليل الهيدروليكي للشبكة (Hydraulic Analysis) • تصميم عناصر الشبكة (أنابيب، مضخات ، صمامات، خزانات)لتحقق معايير التصميم.

18. General Steps of Network Design • تعتبر المرحلة الأولى - وهي مرحلة جمع البيانات - من أهم المراحل وأطولها. • يلزم في هذا المشروع البيانات التالية: • خريطة توضح مواقع مصادر المياه في المنطقة. • خريطة كنتورية للمنطقة تحت الدراسة. (للتعرف على طبوغرافية المنطقة ”ارتفاعات“). • خريطة هيكلية توضح استعمالات الأراضي حاليا وطوال العمر الافتراضي للشبكة. (يستفاد من هذه الخارطة تصنيف الاستهلاك إلى: استهلاك سكاني أو صناعي وتجاري أو عام )

19. General Steps of Network Design • بيانات خاصة بأنماط الاستهلاك لكل نوع من الاستهلاك (سكاني، تجاري وصناعي، عام)، ويلزم معرفة متوسط الاستهلاك لكل فرد. • بيانات خاصة بالشبكة القديمة وعناصرها • أقطار وأنواع الأنابيب المستخدمة. • أنواع الصمامات ومواقعها ودور كل منها. • المضخات وقدراتها. • الخزانات وأحجامها وارتفاعاتها. • المرحلة الثانية: تخطيط الشبكة • رسم الشبكة والعناصر المختلفة باستخدام برنامج الأوتوكاد وتجهيزها لاستخدامها في برنامج الووتر كاد

20. General Steps of Network Design • إحصائيات عن عدد السكان والكثافة السكانية الحالية والمستقبلية. (يستفاد من هذه البيانات في تقدير كمية المياه الكلية التي تلبي حاجات هذا العدد من السكان حاليا وطوال العمر الافتراضي للشبكة ). • المرحلة الثالثة: تحليل الشبكة • يتم إدخال الشبكة لبرنامج الووتر كاد وتحليلها لعدد من السيناريوهات. • تجهيز النتائج وتقييمها.

21. Lecture 1 Population forecasting

22. Design Period • Technical Lifetime : It represents the period during which it operates satisfactorily in a technical sense. • The suggested periods for the main distribution system components shown in the following table : Technical Concerns Economical Concerns

23. Estimation of design period

24. Estimation of population النمو السكاني الطبيعي نتيجة للتناسل يتراوح عادة مابين 1% إلى 7% حسب المجتمعات وعاداتها وتقاليدها، وعلى سبيل المثال في المجتمع الفلسطيني تتراوح معدل النمو الطبيعي من 3% إلى 6%، ففي مدينة كمدينة غزة يبلغ معدل النمو الطبيعي 4.5% ، بينما تبلغ الزيادة في معسكر جباليا حوالي 6%. بينما تبلغ النسبة كمتوسط في جميع أنحاء فلسطين 2.5%، ويوضح الجدول التالي توقع مركز الإحصاء الفلسطيني للسكان:

25. Population forecasting • Arithmetic increase method الطريقة الرياضية • This method assume that the population density increase uniformly Population after time t Present population population growth rate by each t unit This equation can be simplified to:

26. Uniform percentages Method طريقة ذات النسبة المنتظمة population growth rate by each t unit • Predicted curves Method طريقة المنحنيات التوقعية • (curvilinear method) population growth rate by each t unit

27. Example • Estimate the population number after 30 year, if the initial population number is 100,000. the population growth rate is 3% Method 1 Method 2 Method 3

28. Population Saturation and urban planning • Master Plane • Land-Use • General laws • Although the population forecasting methods gives the population at the end of the design period, the maximum possible population is also estimated according to the number of apartment and stories per unit area and the maximum family members. • The Saturation population can be determined using the Master plan for the area and its general laws. • The minimum of the two values is taken in consideration when the network is designed.

29. Example A residential area 100,000 m² and population of 4200 capita has the following Master Plan : 25 % of the total area is for Streets. 5 % of the total area is for green Areas. 70 % of the total area is for buildings. 60 % of the building area is for building. If the family living there consists of members and the average apartment area is 150 m², Calculate the Population needed for designing a water distribution system to serve that area for 25 years if you are given that the growth rate of the population = 3 %.

30. Cont. example 1. Population Forecasting : Pt = P0 (1+k)n Pt = 4200 (1+0.03)25 Pt = 8794 capita • Saturation Population : The Population = 7000 capita

31. Area Study

33. Population Density Calculation of total number of residents: • Normal Increase ( using equations) Example: - Total Area of Southern Remal = 2,754 Dounm • Total population in Southern Remal in 2002 = 17,500 • Total population in Southern Remal in 2008 = 29,300 Hypothetical figures Statistical Data

34. Continue.. • Population in Area under consideration:

35. Population Density • Saturationpopulation Total Residential Area = 519,917 m2 Total number of population under saturation condition = 45,721 + 59,918 = 105,639

36. Population Density Therefore, Population density= Population / Total Area = 99,435 / 641,000 = 0.155 person/m2

37. References • Al-afifi, Ayman. “Lecture Notes”. Islamic University of Gaza, 2009. • Khaleel, Alastal. “Lecture Notes”. Islamic University of Gaza, 2006. • Mohammed Alhissy “Lecture Notes”. Islamic University of Gaza, 2010. • Trifunovi, Nemanja. “Introduction to Urban Water Distribution”. Taylor&Francis Group, London 2006.