जल आपूर्ति: माँग, स्रोत, जलाशय, वितरण, उपचार व गुणवत्ता

यह अध्याय वास्तुकला एवं नियोजन (AR) पेपर के भाग B2, खंड B2.3 “अवसंरचना, सेवाएँ व उपयोगिताएँ” के जल-आपूर्ति वाले आधे भाग का उत्तर देता है: “जल आपूर्ति माँग; जल के स्रोत व अंतःग्रहण; भूजल उपज व पुनर्भरण; सेवा जलाशय व पंप; जल वितरण प्रणाली अभिन्यास व जालक अभिकल्प; जल उपचार; जल गुणवत्ता व परीक्षण; जल-संवेदी नगर नियोजन”। यह जनसंख्या, प्रति व्यक्ति दर व चरम गुणकों से माँग बनाता है, उसमें अग्नि-शमन माँग व अभिकल्प अवधि जोड़ता है, फिर जल का अनुसरण करता है: स्रोत व अंतःग्रहण से भूजल, जलाशय व पंप तक, वितरण जालक व उसके हार्डी क्रॉस विश्लेषण में, और उपचार-श्रृंखला से होकर उन गुणवत्ता मानकों तक जिन्हें उसे पूरा करना है। अंत में नियोजन का दृष्टिकोण, जल-संवेदी नगर नियोजन, आता है। संख्यात्मक प्रश्न हैं: जनसंख्या पूर्वानुमान से माँग, अग्नि-शमन माँग, जलाशय क्षमता, पंप शक्ति, डार्सी प्रवाह, हेज़न–विलियम्स वेग, हार्डी क्रॉस संशोधन, अवसादन टंकी का आमाप, कठोरता व क्लोरीन मात्रा।

1. माँग: घटक, प्रति व्यक्ति दर व चरम गुणक

जल माँग वह मात्रा है जो प्रणाली को पहुँचानी है, और वह केवल पेयजल नहीं होती। इसके छह भाग हैं: घरेलू (पीना, खाना पकाना, नहाना, धोना, फ़्लश), वाणिज्यिक व संस्थागत (कार्यालय, विद्यालय, अस्पताल, होटल), औद्योगिक, सार्वजनिक या नागरिक उपयोग (सड़क धोना, बगीचे, फ़व्वारे), अग्नि-शमन माँग, तथा हानियाँ व अपव्यय (रिसते मेन, अवैध संयोजन, खुले छोड़े गए नल, जिन्हें अलेखित जल कहते हैं)। प्रति व्यक्ति माँग, लीटर प्रति व्यक्ति प्रतिदिन (lpcd) में, सभी प्रकार की वार्षिक खपत को (जनसंख्या × 365) से भाग देने पर मिलती है। पाइप-जलापूर्ति व जल-वाहित मलनिकास (सीवरेज) वाले सामान्य नगर हेतु घरेलू आवश्यकता का मानक भत्ता 135 lpcd है; सीवरेज रहित नगर व सार्वजनिक नल से सेवित क्षेत्र कम दर पर, और बड़े महानगर ऊँची दर पर नियोजित होते हैं; जलवायु, जीवन-स्तर, मीटरिंग, दाब और सबसे बढ़कर हानियाँ दर को बदलती हैं। कुल माँग = जनसंख्या × lpcd, अतः 135 lpcd पर 80,000 लोगों को औसत दिन में 80,000 × 135 = 10.8 ML/d (10,800 m³/d) चाहिए।

चरम गुणक (पाठ्यपुस्तक मान) और प्रत्येक माँग किसका आमाप तय करती है
माँगऔसत दैनिक माँग का गुणजकिसके आमाप हेतु
अधिकतम दैनिक माँग1.8 × औसतस्रोत कार्य, अंतःग्रहण, कच्चे जल के मेन, उपचार संयंत्र, जलाशय तक पंपिंग: वे इकाइयाँ जो लगभग स्थिर दर पर चलती हैं
अधिकतम घंटावार माँग (अधिकतम दिन की)1.5 × अधिकतम दैनिक = 2.7 × औसतवितरण मेन व जालक में सीधे पंपिंग
अग्नि-शमन माँगसूत्र से (अगला खंड)अधिकतम दैनिक माँग में जोड़ी जाती है; इसमें और अधिकतम घंटावार माँग में जो बड़ी हो वही मेन तय करती है
⚠️ अग्नि-शमन माँग चरम घंटे में नहीं जोड़ी जाती
यह नहीं माना जाता कि बड़ी आग और प्रातःकालीन चरम साथ पड़ेंगे। वितरण प्रणाली दो स्थितियों के लिए जाँची जाती है: केवल अधिकतम घंटावार माँग, तथा अधिकतम दैनिक माँग जमा अग्नि-शमन; इनमें बड़ी वाली निर्णायक होती है। आग को चरम घंटे में जोड़ना दो चरमों को दोहरा गिनना है।

2. अग्नि-शमन माँग, अभिकल्प अवधि व जनसंख्या पूर्वानुमान

अग्नि-शमन माँग थोड़े समय के लिए बड़ी दर होती है। यह पाइप-व्यास व जलाशय में अग्नि-आरक्षित भंडार तय करती है, वार्षिक आयतन नहीं। अनुभवजन्य सूत्र इसे जनसंख्या P (हज़ार में) से जोड़ते हैं। इकाई सदा पढ़ें: चार सूत्र प्रवाह लीटर प्रति मिनट में देते हैं, भारतीय सूत्र किलोलीटर प्रतिदिन में।

अग्नि-शमन माँग के सूत्र (P हज़ार में)
नामसूत्रQ की इकाई
कुइचलिंगQ = 3182 √PL/min
फ़्रीमैनQ = 1136 (P/10 + 10)L/min
बस्टनQ = 5663 √PL/min
नेशनल बोर्ड ऑफ़ फ़ायर अंडरराइटर्सQ = 4637 √P (1 − 0.01 √P)L/min
भारतीय (CPHEEO) सूत्रQ = 100 √PkL/day

हल उदाहरण: 64,000 जनसंख्या के नगर में P = 64, √P = 8। कुइचलिंग से Q = 3182 × 8 = 25,456 L/min; फ़्रीमैन से 1136 × (6.4 + 10) = 18,630 L/min; भारतीय सूत्र से 100 × 8 = 800 kL/day। तब जलाशय में अग्नि-भंडार = अग्नि-दर × वह अवधि जो प्राधिकारी अपनाए। बचने योग्य भूल है P = 64 के स्थान पर P = 64,000 रखना, जिससे कुइचलिंग का उत्तर लगभग तीस गुना फूल जाता है।

अभिकल्प अवधि वह भावी वर्ष है जिस तक किसी घटक का आमाप तय होता है। नियम आर्थिक है: जिन कार्यों की पुनरावृत्ति महँगी व व्यवधानकारी है, बड़े सिविल कार्य व भूमिगत पाइप, उनका आमाप 30 वर्ष या अधिक (बाँध व बड़े भंडार और लंबे, लगभग 50 वर्ष तक) के लिए होता है; यांत्रिक-विद्युत संयंत्र व उपचार इकाइयाँ, जो घिसती हैं, मॉड्यूलों में जोड़ी जा सकती हैं और बढ़ाना सस्ता है, लगभग 15 वर्ष जैसी छोटी अवधि के लिए होती हैं। भविष्य के आमाप हेतु जनसंख्या पूर्वानुमान चाहिए।

  • अंकगणितीय वृद्धि: P_n = P₀ + n·x̄, x̄ औसत दशकीय वृद्धि; पुराने, बड़े, लगभग संतृप्त नगरों पर ठीक बैठती है।
  • ज्यामितीय वृद्धि: P_n = P₀ (1 + r)ⁿ, r औसत दशकीय वृद्धि दर (भिन्न रूप में); नवयुवा, बढ़ते नगरों पर ठीक बैठती है, पर स्थान घटने पर अधिक अनुमान देती है।
  • वर्धमान वृद्धि (incremental): P_n = P₀ + n·x̄ + n(n+1)/2 · ȳ, ȳ द्वितीय अंतरों का माध्य; यह वृद्धि को स्वयं बदलने देती है।
  • साथ ही: घटती वृद्धि दर, लॉजिस्टिक (S-वक्र), आलेखी विस्तार व समान नगरों से तुलना, अनुपात विधि (बड़े क्षेत्र के पूर्वानुमान में नगर का हिस्सा), और नियोजित नए नगर हेतु रोज़गार-आधारित पूर्वानुमान।

हल उदाहरण: क्रमिक दशकों की गणना 40,000, 48,000 व 56,000 से x̄ = 8,000। अंतिम गणना के तीन दशक बाद P = 56,000 + 3 × 8,000 = 80,000। 135 lpcd पर औसत माँग 10.8 ML/d, अधिकतम दिन 1.8 × 10.8 = 19.44 ML/d, और अधिकतम घंटा 2.7 × 10.8 = 29.16 ML/d की दर से चलता है, जो 337.5 L/s है।

3. जल के स्रोत व अंतःग्रहण

स्रोत हैं सतही जल (नदियाँ, झीलें, संग्रहण जलाशय, नहरें), भूजल (खुले कुएँ, नलकूप, स्रोत/झरने, अंतःस्रवण दीर्घाएँ), संचित वर्षा-जल, और तटीय या अभावग्रस्त क्षेत्र में विलवणीकृत या पुनर्प्राप्त जल। स्रोत चार कसौटियों पर चुना जाता है: वह सबसे सूखे वर्ष में अभिकल्प मात्रा दे; ऐसी गुणवत्ता का हो जिसे उपचार स्वीकार्य लागत पर सुधार सके; ऐसी ऊँचाई व दूरी पर हो कि पंपिंग व संवहन वहनीय रहें; और जल पर वैधानिक अधिकार हो।

सतही जल बनाम भूजल
विशेषतासतही जलभूजल
गँदलापन व कार्बनिक भारअधिक व मौसमी; पूर्ण उपचार आवश्यकस्वच्छ व स्थिर; प्रायः केवल विसंक्रमण
कठोरता व घुले खनिजप्रायः कमप्रायः अधिक; स्थानीय फ़्लोराइड, आर्सेनिक, लोहा, नाइट्रेट
रोगाणु व प्रदूषण जोखिमअधिक; निस्सारणों के लिए खुलाकम, यदि जलभृत सुरक्षित हो
मात्रा व विश्वसनीयताबड़ी; शुष्क ऋतु में घटतीसीमित; अति-निष्कर्षण से घटती

अंतःग्रहण (intake) वह संरचना है जो स्रोत से कच्चा जल खींचती है। इसका अभिकल्प स्रोत के सभी जल-स्तरों पर सर्वोत्तम गुणवत्ता का जल, कम गाद व मलबे के साथ, लेने का लक्ष्य रखता है।

  • जलाशय या झील अंतःग्रहण (अंतःग्रहण मीनार): कई स्तरों पर द्वार संचालक को सर्वोत्तम परत से जल लेने देते हैं, सतह की शैवाल व तली की गाद से बचाते हुए।
  • नदी अंतःग्रहण: जलमग्न अंतःग्रहण पाइप या तट पर कुआँ (जैक-वेल) जो प्रवेश पाइपों से जुड़ा हो; जालियाँ व कम प्रवेश-वेग मलबा व मछलियाँ रोकते हैं। प्रवेश न्यूनतम जल-स्तर से नीचे पर तली से ऊपर रहता है।
  • अंतःस्रवण दीर्घा या कुआँ: नदी की तली या तट में छिद्रित नाली रेत से पहले ही छना जल लेती है।
  • स्रोत/झरना: झरने के मुख पर संरक्षित झरना-पेटी और घिरा जलग्रहण क्षेत्र।
⚠️ कौन-सा तट, और नगर का कौन-सा ओर
नदी के मोड़ पर अवतल (बाहरी) तट पर जल गहरा और धारा कटाव करने वाली होती है, अतः गाद जमती नहीं; उत्तल तट पर गाद की रेत-पट्टी बनती है और अंतःग्रहण सूख जाता है। अंतःग्रहण नगर के अपने मलजल व नाले के निस्सारणों से ऊपरी धारा में रखा जाता है, कभी निचली धारा में नहीं।

4. भूजल उपज व पुनर्भरण

जलभृत (aquifer) वह संतृप्त संरचना है जो उपयोगी जल संचित करती व देती है (रेत, बजरी, दरारयुक्त चट्टान)। अजलभृत (aquiclude) (चिकनी मिट्टी) जल रखती है पर प्रवाहित नहीं करती; अर्ध-जलभृत (aquitard) उसे कठिनाई से प्रवाहित करती है। अपरिबद्ध जलभृत में संतृप्त क्षेत्र का ऊपरी तल जल-तल (water table) है, जो वायुमंडल के लिए खुला है। परिबद्ध (आर्टीज़ियन) जलभृत अपारगम्य परतों के बीच होता है, जल दाब में रहता है, और उसका पीज़ोमीट्रिक तल भूमि से ऊपर खड़ा हो सकता है, जिससे कुआँ स्वयं बहता है। सरंध्रता n रिक्त-अंश है; जो भाग गुरुत्व से निकल जाता है वह विशिष्ट उपज S_y है, जो रुका रहता है वह विशिष्ट धारण S_r, और n = S_y + S_r। चिकनी मिट्टी की सरंध्रता अधिक पर विशिष्ट उपज नगण्य होती है, इसीलिए वह खराब जलभृत है।

डार्सी का नियम जलभृत में प्रवाह को नियंत्रित करता है: v = K·i, अतः Q = K·i·A, जहाँ K जलीय चालकता, i = dh/dl जलीय प्रवणता, और A प्रवाह का पूरा अनुप्रस्थ-काट है। v डार्सी वेग है, प्रति इकाई सकल क्षेत्रफल निस्सरण; छिद्रों में जल वास्तव में अधिक तेज़ अंतःस्रवण वेग v/n से चलता है। गुणनफल T = K·b (b जलभृत की मोटाई) संचरण-क्षमता (transmissivity) है। उदाहरण: 10 m मोटे व 400 m चौड़े परिबद्ध रेतीले जलभृत में, K = 30 m/day, प्रवणता 0.002, Q = 30 × 0.002 × (10 × 400) = 240 m³/day बहता है।

स्थिर अवस्था में कूप उपज (दो प्रेक्षण बिंदु, r₂ > r₁)
जलभृतसूत्रयह क्या दर्शाता है
अपरिबद्ध (ड्यूपुई)Q = π K (h₂² − h₁²) / ln(r₂/r₁)उपज जल-स्तंभ ऊँचाइयों के वर्ग से बदलती है; संतृप्त मोटाई स्वयं घटती है
परिबद्ध (थीम)Q = 2π K b (h₂ − h₁) / ln(r₂/r₁)उपज अवनमन के सीधे समानुपाती है; मोटाई b स्थिर रहती है

विशिष्ट क्षमता प्रति इकाई अवनमन उपज Q/s है, और कूप की उत्पादकता मापती है। उपज सदा नहीं ली जा सकती: सुरक्षित उपज वह निष्कर्षण है जिसकी पूर्ति पुनर्भरण कर सके। प्राकृतिक पुनर्भरण पारगम्य भूमि से रिसती वर्षा तथा नदियों, तालाबों व सिंचित खेतों के रिसाव से आता है। अति-निष्कर्षण जल-तल गिराता है, कुएँ सुखाता है, पंपिंग-व्यय बढ़ाता है, भूमि-अवतलन करता है, और तटीय जलभृतों में खारा जल खींच लाता है। कृत्रिम पुनर्भरण में रिसाव तालाब, चेक डैम, पुनर्भरण गड्ढे, खाइयाँ व शाफ़्ट, प्रसार द्रोणियाँ, और परिबद्ध जलभृतों हेतु अंतःक्षेपण कुएँ प्रयुक्त होते हैं। नियोजक के लिए निहितार्थ स्थानिक है: पुनर्भरण क्षेत्रों पर अपारगम्य आच्छादन पुनर्भरण घटाता है, अतः ऐसी भूमि संरक्षित की जाती है, और छत व सड़क का अपवाह पुनर्भरण संरचनाओं में ले जाया जाता है।

⚠️ डार्सी वेग जल की चाल नहीं है
डार्सी का v निस्सरण को पूरे क्षेत्रफल, ठोस कणों सहित, से भाग देने पर मिलता है। वास्तविक छिद्र-वेग v/n है, 1/n गुना अधिक। अनुरेखक या संदूषक अंतःस्रवण वेग से चलता है, अतः प्रदूषण-यात्रा-समय के प्रश्न में v नहीं, v/n चाहिए।

5. सेवा जलाशय व पंप

सेवा (वितरण) जलाशय उपचारित जल को माँग के निकट संचित करता है। यह तीन कार्य करता है: जिस स्थिर दर पर जल पंप या उपचारित होता है और जिस बदलती दर पर उपयोग होता है, उनके बीच संतुलन करता है; जालक में दाब बनाए रखता है, विशेषतः जब ऊँचा हो; और अग्नि व आपातकालीन आरक्षित भंडार रखता है। प्रकार हैं: भू-तल या भूमिगत टंकियाँ (सस्ती, पर तब जालक को पंपिंग चाहिए), और उन्नत जलाशय (ओवरहेड टंकियाँ, जो गुरुत्व हेड देती हैं)। सर्वोत्तम स्थल सेवित क्षेत्र के केंद्र में ऊँची भूमि है, जो मेन छोटे करती और दाब समान करती है।

जलाशय क्षमता के तीन भाग
भागयह क्या कवर करता हैयह कैसे निकलता है
संतुलन (समकारी) भंडारणदिन भर में अंतःप्रवाह व निकासी का अंतरद्रव्यमान-वक्र: संचयी अंतःप्रवाह घटा संचयी माँग; भंडारण = सबसे बड़ा आधिक्य + सबसे बड़ी कमी; पंपिंग के घंटे बढ़ने पर घटता है
अग्नि भंडारणआग बुझाने हेतु जल जब जालक दबाव में होअग्नि-माँग दर × अपनाई गई अवधि
आपातकालीन (विफलता) भंडारणपंप, बिजली या मेन की विफलता व मरम्मत का समयदैनिक माँग या भंडार का हिस्सा, जो अभिकल्पक या मानक तय करे

हल उदाहरण: दैनिक माँग 4,800 m³। छह-छह घंटे के चार खंडों में निकासी दिन की माँग की 10%, 40%, 30% व 20% है, जबकि पंपिंग हर खंड में 25% देती है। संचयी (अंतःप्रवाह − माँग) +15%, 0, −5%, 0 है। सबसे बड़ा आधिक्य 15% और सबसे बड़ी कमी 5% है, अतः संतुलन भंडारण = 15% + 5% = 4,800 का 20% = 960 m³। इसमें 400 m³ अग्नि आरक्षित भंडार और दैनिक माँग का 10% (480 m³) आपातकालीन भंडार जोड़ें: क्षमता = 960 + 400 + 480 = 1,840 m³।

पंप जल उठाते हैं या हेड जोड़ते हैं। अपकेंद्री पंप (इम्पेलर, सहज प्रवाह, व्यापक परास, सुसंहत) जल आपूर्ति में सामान्य चयन है; निमज्जी (सबमर्सिबल) पंप, जिसकी मोटर जल के नीचे रहती है, नलकूपों में लगता है; पश्चाग्र (रेसिप्रोकेटिंग) पंप कम, स्पंदी प्रवाह पर ऊँचा हेड देते हैं; जेट पंप उथले कुओं हेतु उपयुक्त हैं; हाइड्रॉलिक रैम बिना शक्ति के गिरते जल से चलता है। आवश्यक शक्ति P (kW) = ρ g Q H / (1000 η) = 9.81 Q H / η, जहाँ Q m³/s में, H कुल हेड m में (स्थैतिक उठान जमा घर्षण व लघु हानियाँ) और η समग्र दक्षता। Q = 0.04 m³/s, H = 25 m व η = 0.5 पर P = 9.81 × 0.04 × 25 / 0.5 = 19.62 kW। पंप वहाँ चलता है जहाँ उसका हेड–निस्सरण वक्र तंत्र वक्र H = H_static + K Q² को काटे; दो पंप समानांतर में समान हेड पर निस्सरण जोड़ते हैं, श्रेणी में समान निस्सरण पर हेड जोड़ते हैं।

⚠️ जलाशय का आमाप केवल अग्नि पर न रखें
अग्नि भंडारण संतुलन व आपातकालीन भागों में जुड़ने वाला एक पिंड है, उनका विकल्प नहीं। केवल अग्नि हेतु आमाप वाला जलाशय दैनिक चरम नहीं सँभाल सकता, और केवल संतुलन हेतु आमाप वाला विफलता में नगर को असुरक्षित छोड़ता है।

6. वितरण अभिन्यास व जालक अभिकल्प

वितरण प्रणाली उपचारित जल को उपभोक्ता तक पर्याप्त दाब पर पहुँचाती है। ऊर्जा-स्रोत से यह गुरुत्व प्रणाली (स्रोत नगर से ऊपर), पंपिंग प्रणाली, या द्वैत प्रणाली है, जिसमें जल सेवा जलाशय तक पंप होकर वहाँ से गुरुत्व से बहता है; यह सबसे सामान्य है और दाब सबसे स्थिर देती है। सतत (24 × 7) आपूर्ति पाइपों को दाब में रखती है ताकि रिसाव से प्रदूषित जल भीतर न खिंचे, इसीलिए आंतरायिक आपूर्ति सुविधा की ही नहीं, जन-स्वास्थ्य की भी जोखिम है। बड़े नगर दाब नियंत्रण व हानि मापन हेतु क्षेत्रों या मीटरित इलाकों में बाँटे जाते हैं।

चार अभिन्यास
अभिन्यासआकृतिसबल पक्षदुर्बल पक्षउपयुक्त
मृत-सिरा (वृक्ष)मेन, उपमेन व मृत सिरों पर समाप्त शाखाएँसबसे सस्ता, सबसे कम वाल्व, प्रत्येक पाइप का प्रवाह सीधे ज्ञातसिरों पर ठहराव, टूटन से नीचे सब कट जाता है, अग्नि-प्रवाह कमज़ोरअनियमित, स्वाभाविक रूप से बढ़े नगर
ग्रिड-आयरन (जालीय)मेन व उपमेन ग्रिड में आपस में जुड़ेकोई मृत सिरा नहीं, दो या अधिक दिशाओं से आपूर्ति, टूटन छोटा क्षेत्र अलग करती है, अच्छा अग्नि-प्रवाहअधिक पाइप व वाल्व, अभिकल्प में प्रयास-त्रुटि चाहिएनियमित, नियोजित नगर जिनकी सड़कें आयताकार हों
वलय (रिंग)मेन क्षेत्र के चारों ओर वलय में, भीतर उपमेनप्रत्येक बिंदु दो ओर से पोषित, वाल्व एक खंड अलग करते हैं, अच्छा दाबलंबा पाइप, जटिल अभिकल्पवलय या वृत्ताकार सड़कों वाले नियोजित क्षेत्र, परिसर
अरीय (रेडियल)क्षेत्र, प्रत्येक के केंद्र में जलाशय, पाइप बाहर की ओर विकीर्णऊँचा, तीव्र व समान दाब, छोटे पाइप, सरल अभिकल्पप्रति क्षेत्र एक जलाशय, अतः अधिक लागतकई उन्नत टंकियों वाले नियोजित, क्षेत्रित नगर

जालक अभिकल्प हेड-हानि नियम पर टिका है। हेज़न–विलियम्स समीकरण अनुभवजन्य है, सामान्य ताप पर विक्षुब्ध प्रवाह में जल हेतु: SI में V = 0.849 C R^0.63 S^0.54 (V m/s में, पूर्ण पाइप में R = D/4 m में, S = h_f/L), तथा h_f = 10.67 L Q^1.852 / (C^1.852 D^4.87) (L m में, Q m³/s में, D m में)। C खुरदरापन गुणांक है, चिकने पाइप हेतु अधिक, पुराने जंग-ग्रस्त पाइप हेतु कम। डार्सी–वाइज़बाख समीकरण, h_f = f L V² / (2 g D), किसी भी तरल व प्रवाह-प्रकार हेतु सामान्य है, जिसमें f मूडी चार्ट से या स्तरीय प्रवाह में f = 64/Re से। चूँकि h_f, D^−4.87 की तरह घटता है, समान प्रवाह पर व्यास दुगुना करने से हेड-हानि लगभग 2^4.87 ≈ 29 गुना घटती है: छोटे व्यास हेड में महँगे हैं। उदाहरण: D = 0.3 m, C = 100, S = 0.002 से R = 0.075 m और V = 0.849 × 100 × 0.075^0.63 × 0.002^0.54 = 0.58 m/s।

लूपित जालक में प्रवाह सीधे ज्ञात नहीं होते, अतः हार्डी क्रॉस विधि उन्हें क्रमिक संशोधन से निकालती है। दो नियम हैं: प्रत्येक संधि पर सांतत्य (अंतर्प्रवाह = बहिर्प्रवाह) और प्रत्येक बंद लूप में ऊर्जा (हेड-हानियों का बीजगणितीय योग शून्य)। चरण: (1) प्रत्येक पाइप में ऐसे प्रवाह मानें जो हर नोड पर सांतत्य संतुष्ट करें, दक्षिणावर्त धनात्मक; (2) प्रत्येक लूप हेतु चिह्न सहित h = K Q |Q|^(n−1) निकालें, हेज़न–विलियम्स हेतु n = 1.852 और डार्सी–वाइज़बाख हेतु 2; (3) ΔQ = − Σh / (n Σ|h/Q|) निकालें; (4) ΔQ को लूप के प्रत्येक पाइप में जोड़ें, और दो लूपों में साझा पाइप में दोनों संशोधन जोड़ें, पड़ोसी का विपरीत चिह्न सहित; (5) तब तक दोहराएँ जब तक Σh सहनसीमा में न आ जाए।

🧠 हार्डी क्रॉस की एक-चरण जाँच
h = r Q² (n = 2) लें। लूप के पाइप r व Q सहित: r = 1, Q = +20; r = 2, +10; r = 1, −10; r = 3, −10। तब h = 400, 200, −100, −300, अतः Σh = 200; Σ 2 r|Q| = 2 × (20 + 20 + 10 + 30) = 160; ΔQ = −200/160 = −1.25। चिह्न बताता है कि दक्षिणावर्त प्रवाह अधिक थे; प्रत्येक पाइप को −1.25 मिलता है। हर n Σ|h/Q| है, धनात्मक पदों का योग; h/Q को चिह्न सहित जोड़ने से पद कट जाएँगे और संशोधन गलत आएगा।

7. जल उपचार: श्रृंखला, अवसादन व अवसादन टंकी

उपचार कच्चे जल को सुरक्षित, स्वच्छ व स्वादिष्ट बनाता है। श्रृंखला स्रोत पर निर्भर है: भूजल को केवल वातन व विसंक्रमण, या लोहे, फ़्लोराइड अथवा आर्सेनिक का विशिष्ट निष्कासन चाहिए हो सकता है, जबकि गँदले सतही जल को नीचे की पूरी क्रमबद्धता चाहिए।

परंपरागत सतही जल उपचार श्रृंखला
इकाईकार्य
छानन (स्क्रीनिंग)मोटी छड़ें फिर महीन जालियाँ तैरता मलबा, पत्ते, मछलियाँ निकालती हैं
वातन (जहाँ आवश्यक)CO₂, H₂S, स्वाद व गंध निकालता है; घुले लोहे व मैंगनीज़ का ऑक्सीकरण करता है ताकि वे छन सकें
सादा अवसादनभारी गाद व रेत स्थिर जल में गुरुत्व से बैठती है, आगे की इकाइयों का भार घटाती है
स्कंदन व ऊर्णनरासायनिक मात्रा व मिश्रण सूक्ष्म कोलॉइडों को बैठने योग्य फ़्लॉक में बदलते हैं
निथारन (अवसादन)फ़्लॉक आयताकार, वृत्ताकार या ट्यूब-सेटलर टंकियों में बैठता है
निस्यंदनशेष महीन फ़्लॉक, गँदलापन व कुछ जीवाणु छन जाते हैं
विसंक्रमणरोगाणु मारे या निष्क्रिय किए जाते हैं, और अवशिष्ट जालक की रक्षा करता है

कण स्टोक्स नियम से बैठता है: v_s = g (ρ_s − ρ_w) d² / (18 μ), जो स्तरीय प्रवाह (रेनॉल्ड्स संख्या 1 से कम) में छोटे गोलों हेतु मान्य है। बैठने की चाल व्यास के वर्ग से बढ़ती है, इसलिए सूक्ष्म कोलॉइड, जिन्हें बैठने में दिनों से वर्षों तक लगें, पहले स्कंदन से गुच्छित करने पड़ते हैं।

आदर्श अवसादन टंकी (हेज़न, कैम्प) के चार क्षेत्र हैं, प्रवेश, अवसादन, गाद व निकास, जिसमें प्रवाह क्षैतिज और कोई मिश्रण नहीं। उसकी मुख्य राशि अतिप्रवाह दर (पृष्ठ भार) v₀ = Q / A_s है, A_s तल-क्षेत्रफल। जिस कण की बैठने की चाल v_s ≥ v₀ है वह पूर्णतः निकल जाता है; जिसकी v_s < v₀ है वह (यदि प्रवेश की गहराई में समान फैला हो) v_s / v₀ अनुपात में निकलता है। गहराई इसमें आती ही नहीं: निष्कासन तल-क्षेत्रफल पर निर्भर है, गहराई पर नहीं। गहराई केवल धारण काल t = V/Q = H / v₀ तय करती है। उदाहरण: Q = 12,000 m³/d व v₀ = 30 m³/m²/d से A_s = 12,000/30 = 400 m²। t = 2.4 h = 0.1 दिन पर V = 12,000 × 0.1 = 1,200 m³ और H = V/A_s = 3.0 m। आयताकार टंकी प्रायः लंबी होती है, लंबाई : चौड़ाई लगभग 3:1 से 5:1।

⚠️ अधिक गहरा अर्थात अधिक स्वच्छ नहीं
स्थिर प्रवाह व स्थिर तल-क्षेत्रफल पर टंकी को गहरा करना केवल धारण काल बढ़ाता है। अतिप्रवाह दर, और इस प्रकार प्रत्येक कण-आमाप का निष्कासन, अपरिवर्तित रहती है। महीन कण निकालने हेतु तल-क्षेत्रफल बढ़ाएँ या अवसादन क्षेत्र जोड़ें (ट्यूब सेटलर), गहराई नहीं।

8. स्कंदन, निस्यंदन व विसंक्रमण

कोलॉइड समान आवेश धारण करते हैं और एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, इसलिए निलंबित रहते हैं। स्कंदन उन्हें अस्थिर करता है। फिटकरी (alum), Al₂(SO₄)₃·18H₂O, सबसे सामान्य स्कंदक है: यह जल की क्षारकता (बाइकार्बोनेट) से अभिक्रिया कर लसदार Al(OH)₃ फ़्लॉक बनाती है, अतः प्राकृतिक क्षारकता की कमी वाले जल में चूना या सोडा-ऐश भी चाहिए। चूना सहित फ़ेरस सल्फ़ेट, फ़ेरिक क्लोराइड व पॉलीएल्युमिनियम क्लोराइड विकल्प हैं, और पॉलीइलेक्ट्रोलाइट स्कंदक-सहायक हैं। मात्रा व pH जार परीक्षण से निकलते हैं: बीकरों की एक पंक्ति में भिन्न मात्रा दी जाती है, तेज़ फिर धीमे मिलाया जाता है, बैठने दिया जाता है, और न्यूनतम गँदलेपन वाला बीकर इष्टतम बताता है। तीव्र मिश्रण रसायन फैलाने हेतु सेकंडों का होता है; ऊर्णन लगभग आधे घंटे का धीमा चप्पू-मिश्रण है, इतना सौम्य कि बढ़ता फ़्लॉक टूटे नहीं।

मंद बालू फ़िल्टर बनाम द्रुत बालू फ़िल्टर
विशेषतामंद बालू (SSF)द्रुत बालू (RSF)
निस्यंदन दरलगभग 0.1 से 0.2 m/h (100 से 200 L/h/m²)लगभग 5 m/h (3,000 से 6,000 L/h/m²)
बालू का प्रभावी आमापलगभग 0.2 से 0.3 mmलगभग 0.45 से 0.7 mm
पूर्व-उपचारकेवल सादा अवसादन; कम गँदलेपन का कच्चा जलस्कंदन, ऊर्णन व अवसादन
यह कैसे कार्य करता हैऊपर जैविक परत (श्मुत्सडेके) तथा छाननबेड की गहराई में छानन व अधिशोषण
सफ़ाईकुछ सप्ताह में ऊपरी परत खुरचनाप्रायः वायु-धुलाई सहित उलटे प्रवाह से बैकवाश, हर एक-दो दिन
क्षेत्र व कौशलबड़ा क्षेत्र, कम कौशल, लगभग रसायन-रहित; गाँवों हेतु उपयुक्तसुसंहत, कुशल संचालन, रसायन; कस्बों व नगरों हेतु उपयुक्त

विसंक्रमण रोगाणुओं को मारता या निष्क्रिय करता है; यह नसबंदी (sterilisation) नहीं है। जल में क्लोरीन हाइपोक्लोरस अम्ल बनाती है, Cl₂ + H₂O → HOCl + HCl, जो आयनित होता है, HOCl ⇌ H⁺ + OCl⁻। HOCl कहीं प्रबल विसंक्रामक है, और निम्न pH उसके पक्ष में है, अतः क्लोरीनीकरण pH 9 की तुलना में लगभग pH 7.5 से नीचे बेहतर कार्य करता है। क्लोरीन माँग मात्रा घटा अवशिष्ट है। अवशिष्ट या तो मुक्त (HOCl व OCl⁻) है या संयुक्त (क्लोरामीन, अमोनिया से बनी, अधिक टिकाऊ पर दुर्बल)। ब्रेक-पॉइंट क्लोरीनीकरण में अवशिष्ट पहले बढ़ता है, फिर अमोनिया के ऑक्सीकरण से गिरता है, और ब्रेक-पॉइंट के आगे प्रत्येक अतिरिक्त मात्रा मुक्त क्लोरीन के रूप में दिखती है। ब्लीचिंग पाउडर, CaOCl₂, अपने भार का चौथाई से तिहाई उपलब्ध क्लोरीन के रूप में रखता है; आवश्यक क्लोरीन द्रव्यमान = मात्रा (mg/L) × प्रवाह (m³/d) ग्राम/दिन में, और उपलब्ध अंश से भाग देने पर पाउडर मिलता है। उदाहरण: 2 mg/L पर 10 ML/d को 10,000 m³/d × 2 g/m³ = 20 kg/d क्लोरीन, अर्थात 25% उपलब्ध क्लोरीन पर 20/0.25 = 80 kg/d पाउडर चाहिए।

🎯 अवशिष्ट क्यों रखा जाता है
संयंत्र पर विसंक्रमण केवल निकलते समय जल की रक्षा करता है। जालक में ले जाया गया अवशिष्ट नल तक के मार्ग में रिसाव व उलट-चूषण से संदूषण के विरुद्ध उसकी रक्षा करता है, इसीलिए उपभोक्ता सिरे पर न्यूनतम मुक्त अवशिष्ट निर्धारित है।

9. जल गुणवत्ता व परीक्षण

गुणवत्ता का आकलन भौतिक, रासायनिक व जैविक प्राचलों से पेयजल विनिर्देश, IS 10500, के विरुद्ध होता है, जिसकी अवधारणा द्विस्तरीय मानक है: स्वीकार्य सीमा, जिसे उपभोक्ता बिना आपत्ति स्वीकारते हैं, और वैकल्पिक स्रोत के अभाव में अनुमेय सीमा, जिसके पार जल अस्वीकृत है। प्रमुख आँकड़े (2012 संस्करण के अनुसार) नीचे हैं।

प्रमुख गुणवत्ता प्राचल व उनके मानक आँकड़े
प्राचलयह क्या बताता है व कैसे परखा जाता हैमानक आँकड़ा
गँदलापननिलंबित पदार्थ से धुँधलापन; नेफ़ेलोमीटर, NTU में; कण सूक्ष्मजीवों को विसंक्रामक से बचाते हैं1 NTU स्वीकार्य, 5 NTU अनुमेय
pHअम्लता या क्षारता; विद्युतमितीय pH मीटर6.5 से 8.5
कुल कठोरताकैल्शियम व मैग्नीशियम, mg/L CaCO₃ के रूप में; EDTA अनुमापन200 mg/L स्वीकार्य, 600 अनुमेय
कुल घुले ठोसघुले लवण; वाष्पन या चालकता500 mg/L स्वीकार्य, 2,000 अनुमेय
फ़्लोराइडबहुत कम दाँत कमज़ोर करता है, बहुत अधिक फ़्लोरोसिस करता है1.0 mg/L स्वीकार्य, 1.5 अनुमेय
अवशिष्ट क्लोरीननल पर मुक्त क्लोरीन; DPD वर्णमितीय परीक्षणन्यूनतम 0.2 mg/L मुक्त
कॉलीफ़ॉर्म व E. coliमल-संदूषण के सूचक; बहु-नलिका MPN या झिल्ली फ़िल्टरकिसी भी 100 mL नमूने में E. coli अनुपलब्ध

कठोरता Ca²⁺ व Mg²⁺ की साबुन-खपत करने की क्षमता है, जो mg/L CaCO₃ में व्यक्त होती है: प्रत्येक आयन को 50 भाग उसके तुल्यांकी भार (Ca 20, Mg 12) से स्केल किया जाता है, अतः कठोरता ≈ 2.5 Ca + 4.1 Mg। Ca = 60 mg/L व Mg = 12 mg/L हेतु: 60 × 50/20 + 12 × 50/12 = 150 + 50 = 200 mg/L CaCO₃ के रूप में। कार्बोनेट (अस्थायी) कठोरता वह भाग है जो क्षारकता से मेल खाता है और उबालने या चूने से हटता है; सल्फ़ेट व क्लोराइड से अकार्बोनेट (स्थायी) कठोरता चूना–सोडा या आयन-विनिमय से हटती है। कुल कठोरता 200 व क्षारकता 120 mg/L CaCO₃ हो तो कार्बोनेट कठोरता 120 और अकार्बोनेट 80 है।

BOD (जैव-रासायनिक ऑक्सीजन माँग) वह ऑक्सीजन है जो सूक्ष्मजीव 20 °C पर 5 दिन में जल के जैव-अपघट्य कार्बनिक पदार्थ के ऑक्सीकरण में लगाते हैं, जिसे BOD₅ लिखते हैं; यह प्रथम-कोटि नियम मानता है, BOD_t = L₀ (1 − e^(−kt)), जहाँ L₀ चरम (अंतिम) माँग है। COD (रासायनिक ऑक्सीजन माँग) प्रबल रासायनिक ऑक्सीकारक (डाइक्रोमेट) द्वारा ऑक्सीकृत पदार्थ का ऑक्सीजन-समतुल्य है, अतः COD कम से कम BOD के बराबर होती है, और ऊँचा COD/BOD अनुपात उस कार्बनिक पदार्थ का संकेत है जिसे जीवाणु नहीं तोड़ सकते। दोनों कार्बनिक प्रदूषण मापते हैं, मुख्यतः नदियों व मलजल में, न कि उपचारित पेयजल में, जहाँ घुली ऑक्सीजन दूसरा प्रमुख सूचक है। जल की जाँच सूचक जीवों, कॉलीफ़ॉर्म व E. coli, हेतु होती है क्योंकि रोगाणु इतने विविध व विरल हैं कि उन्हें एक-एक कर परखा नहीं जा सकता: उनकी उपस्थिति मल-संदूषण का संकेत है।

⚠️ स्वच्छ जीवाणु-परीक्षण क्या सिद्ध नहीं करता
कॉलीफ़ॉर्म की अनुपस्थिति दर्शाती है कि जीवाणु-सूचक चले गए, यह नहीं कि विषाणु व प्रोटोज़ोआ पुटिकाएँ भी चले गए, और क्लोरीनीकरण आर्सेनिक, फ़्लोराइड या नाइट्रेट जैसे घुले रसायनों पर कुछ नहीं करता। भिन्न संदूषकों हेतु भिन्न उपचार चाहिए, और मानक तभी पूरा होता है जब प्रत्येक प्राचल परखा जाए।

10. जल-संवेदी नगर नियोजन

परंपरागत दृष्टिकोण जल को तीन पृथक पाइप-प्रणालियों की तरह लेता है: आपूर्ति भीतर लाओ, मलजल बाहर ले जाओ, और वर्षा-जल को यथाशीघ्र बहा दो। जल-संवेदी नगर नियोजन (जल-संवेदी नगर अभिकल्प) आपूर्ति, वर्षा-जल, अपशिष्ट जल व भूजल को एक नगरीय जल-चक्र मानता है और उसे भू-उपयोग, मार्ग-अभिन्यास व खुले स्थान के साथ नियोजित करता है। लक्ष्य ऐसा नगर है जो जल बचाए, अपना जलभृत पुनर्भरित करे, अपना अपवाह स्वच्छ करे और कम डूबे, और जिसका विकास-पश्चात् अपवाह उस स्तर के निकट रहे जो भूमि पहले देती थी।

  • पेयजल बचाएँ: मीटरिंग, रिसाव नियंत्रण, दक्ष फ़िटिंग, माँग प्रबंधन।
  • उपयोग-अनुरूप आपूर्ति: फ़्लश, बगीचों व शीतलन हेतु धूसर जल, उपचारित मलजल या संचित वर्षा-जल लें, और पेयजल पीने व खाना पकाने हेतु रखें।
  • अपवाह का स्रोत पर प्रबंधन: स्थल पर ही रिसाएँ, रोकें व धारण करें ताकि विकास-पश्चात् चरम व आयतन विकास-पूर्व मानों के निकट रहें।
  • प्राकृतिक जल-तंत्र की रक्षा: झीलें, आर्द्रभूमियाँ, नदी-नाले, बाढ़-मैदान व पुनर्भरण क्षेत्र एक नील-हरित जालतंत्र बनाते हैं जिसे मास्टर प्लान विकास से मुक्त रखते हैं।
  • अपवाह वहीं स्वच्छ करें जहाँ वह गिरता है: स्वेल, रेन गार्डन व आर्द्रभूमियाँ जल के नाले तक पहुँचने से पहले गाद व प्रदूषक हटाती हैं।
💡 स्पंज की तरह व्यवहार करने वाला नगर
पाइप-कंक्रीट का नगर प्रत्येक वर्षा को छत की तरह बहा देता है। जल-संवेदी नगर स्पंज जैसा व्यवहार करता है: जल को भीतर लेता है, रोकता है, उपयोग करता है, और शेष को धीरे छोड़ता है। नियोजन उपकरण उसके छिद्र हैं, इसीलिए वे ज़ोनिंग नियमों, मार्गों व भूखंडों के अभिन्यास, तथा पारगम्य क्षेत्र व वर्षा-जल संचयन संबंधी उप-नियमों में स्थान पाते हैं, केवल अभियंता के नालों में नहीं।

मुख्य बिंदु

  • माँग = जनसंख्या × प्रति व्यक्ति दर (सीवरेज वाले नगर हेतु 135 lpcd, जो बताई जाए); अधिकतम दैनिक = 1.8 × औसत और अधिकतम घंटावार = 2.7 × औसत; वितरण का आमाप अधिकतम घंटावार, या अधिकतम दैनिक जमा अग्नि-शमन, में जो बड़ा हो उस पर होता है, अग्नि जमा चरम घंटे पर कभी नहीं।
  • प्रत्येक अग्नि-सूत्र की इकाई पढ़ें (P हज़ार में; कुइचलिंग हेतु L/min, भारतीय हेतु kL/day); लंबी अभिकल्प अवधि महँगे, कठिनाई से दोहराए जाने वाले कार्यों को, छोटी मॉड्यूलर संयंत्र को; पूर्वानुमान विधि नगर के अनुरूप चुनें।
  • अंतःग्रहण निस्सारणों से ऊपरी धारा में, अवतल तट पर, निम्न जल-स्तर से नीचे व तली से दूर होते हैं; भूजल डार्सी (Q = K i A, अंतःस्रवण वेग v/n) मानता है, कुओं हेतु ड्यूपुई व थीम, और नियोजक पुनर्भरण क्षेत्र संरक्षित करता है।
  • जलाशय क्षमता = संतुलन (द्रव्यमान-वक्र से सबसे बड़ा आधिक्य + सबसे बड़ी कमी) + अग्नि + आपातकालीन; पंप शक्ति = 9.81 Q H / η kW; सर्वोत्तम जालक अभिन्यास नगर पर निर्भर है (मृत-सिरा अनियमित, ग्रिड या वलय नियमित व नियोजित, अरीय क्षेत्रित)।
  • हेज़न–विलियम्स व डार्सी–वाइज़बाख हेड-हानि देते हैं; हार्डी क्रॉस लूप-प्रवाहों को ΔQ = −Σh / (n Σ|h/Q|) से सुधारता है, जो लूप के प्रत्येक पाइप पर लगता है, साझा पाइप दोनों लूपों के संशोधन लेते हैं; हेड-हानि D^−4.87 की तरह बदलती है।
  • अवसादन-निष्कासन अतिप्रवाह दर Q/A पर निर्भर है, गहराई पर नहीं; स्कंदन (फिटकरी, जार परीक्षण), फिर निस्यंदन व क्लोरीनीकरण (HOCl सबसे प्रबल, निम्न pH उसके पक्ष में, अवशिष्ट रखा जाता है); गुणवत्ता IS 10500 की स्वीकार्य व अनुमेय सीमाओं के विरुद्ध परखी जाती है, और जल-संवेदी नियोजन पूरे नगरीय जल-चक्र को एक मानता है।

अभ्यास प्रश्न (20)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. किसी नगर के वितरण मेन हेतु अभिकल्प प्रवाह अधिकतम घंटावार माँग और किस अन्य स्थिति में से बड़े को माना जाता है?

    1. औसत दैनिक माँग जमा अग्नि-शमन माँग
    2. अधिकतम दैनिक माँग जमा अग्नि-शमन माँग
    3. अधिकतम घंटावार माँग जमा अग्नि-शमन माँग
    4. औसत दैनिक माँग का 1.8 गुना, बिना अग्नि-शमन माँग के
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — अधिकतम दैनिक माँग जमा अग्नि-शमन माँग

    मेन दो स्थितियों के लिए जाँचे जाते हैं: केवल चरम घंटा, तथा अधिकतम दिन जब आग भी लगे, और बड़ी वाली निर्णायक होती है। अधिकतम घंटावार जमा अग्नि-शमन लुभावना उत्तर है, पर वह मानता है कि दैनिक चरम घंटा और बड़ी आग साथ पड़ेंगे, जो अभिकल्प नहीं मानता। औसत दैनिक जमा अग्नि-शमन उस दिन को कम आँकता है जिस दिन आग मानी गई है।
  2. कुइचलिंग के सूत्र Q = 3182 √P (Q L/min में, P हज़ार में) से 36,000 जनसंख्या वाले नगर की अग्नि-शमन माँग है

    1. 114,552 L/min
    2. 603,742 L/min
    3. 530 L/min
    4. 19,092 L/min
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — 19,092 L/min

    P हज़ार में है, अतः P = 36 और √36 = 6, जिससे Q = 3182 × 6 = 19,092 L/min। 114,552 का आँकड़ा वर्गमूल भूल जाता है; 603,742 में P = 36,000 रखा गया है, जो उत्तर को लगभग तीस गुना फुला देता है।
  3. नदी के मोड़ पर नगर का अंतःग्रहण सर्वोत्तम रूप से कहाँ रखा जाता है?

    1. अवतल तट पर, नगर के अपने मलजल व नाला निस्सारणों से ऊपरी धारा में
    2. उत्तल तट पर, निस्सारणों से ऊपरी धारा में, जहाँ जल सबसे शांत है
    3. अवतल तट पर, निस्सारणों से निचली धारा में, जहाँ तनुकरण सर्वाधिक है
    4. उत्तल तट पर, निस्सारणों से निचली धारा में, जहाँ तली स्थिर है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — अवतल तट पर, नगर के अपने मलजल व नाला निस्सारणों से ऊपरी धारा में

    बाहरी (अवतल) तट पर जल गहरा व धारा गाद को बहाने वाली होती है, जबकि उत्तल तट पर गाद की पट्टी बनती है। अंतःग्रहण नगर के अपने निस्सारणों से ऊपरी धारा में भी होना चाहिए, नहीं तो वह नगर का ही मलजल वापस खींचेगा। शांत उत्तल तट लुभावना चयन है, पर शांत जल वहीं है जहाँ गाद बैठती है।
  4. एक रेतीले जलभृत की सरंध्रता 0.30 और विशिष्ट धारण 0.08 है। उसकी विशिष्ट उपज है

    1. 0.38
    2. 0.30
    3. 0.22
    4. 0.08
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — 0.22

    सरंध्रता n = S_y + S_r, अतः S_y = 0.30 − 0.08 = 0.22। 0.38 उत्तर दोनों को गलती से जोड़ता है, और 0.30 स्वयं सरंध्रता है जिसमें वह जल भी शामिल है जो कण रोके रखते हैं।
  5. एक रेत की जलीय चालकता 20 m/day और सरंध्रता 0.25 है। 0.005 की जलीय प्रवणता में घुला अनुरेखक उसमें लगभग किस चाल से चलता है?

    1. 0.025 m/day
    2. 0.10 m/day
    3. 0.40 m/day
    4. 1.00 m/day
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — 0.40 m/day

    डार्सी वेग v = K i = 20 × 0.005 = 0.10 m/day, पर यह सकल क्षेत्र पर निस्सरण है। अनुरेखक छिद्रों में अंतःस्रवण वेग v/n = 0.10/0.25 = 0.40 m/day से चलता है। 0.10 उत्तर डार्सी वेग है, जो सामान्य भूल है; 0.025 में n से भाग देने के बदले गुणा किया गया है।
  6. एक नया नियोजित नगर क्षेत्रों में बाँटा गया है; प्रत्येक क्षेत्र के केंद्र में उन्नत टंकी है और पाइप उससे बाहर की ओर जाते हैं। यह वितरण अभिन्यास है

    1. अरीय (रेडियल)
    2. मृत-सिरा
    3. ग्रिड-आयरन
    4. वलय
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — अरीय (रेडियल)

    प्रत्येक क्षेत्र के केंद्र में जलाशय और परिधि की ओर विकीर्ण पाइप अरीय अभिन्यास है; यह तीव्र व समान दाब देता है पर प्रति क्षेत्र एक जलाशय माँगता है। ग्रिड-आयरन या वलय अभिन्यास मेन को आपस में जोड़ते हैं, केंद्रीय टंकी से विकीर्ण नहीं करते, और मृत-सिरा अभिन्यास में शाखाएँ अंधे सिरे पर समाप्त होती हैं।
  7. एक जल मेन स्थिर निस्सरण ले जाता है। उसे दुगुने व्यास के पाइप से बदला जाता है, लंबाई व हेज़न–विलियम्स C वही। घर्षण हेड-हानि लगभग किस गुणक से घटती है?

    1. लगभग 4 गुना
    2. लगभग 29 गुना
    3. लगभग 16 गुना
    4. लगभग 32 गुना
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — लगभग 29 गुना

    हेज़न–विलियम्स समीकरण में स्थिर लंबाई व C पर h_f, Q^1.852 / D^4.87 की तरह बदलता है, अतः D दुगुना करने पर h_f में 2^4.87, लगभग 29, का भाग लगता है। चार गुना केवल क्षेत्रफल का अनुपात है। सोलह वेग की कमी का वर्ग लेता है और अतिरिक्त 1/D भूल जाता है। बत्तीस स्थिर f वाले डार्सी–वाइज़बाख का D⁵ है, समीप का पर हेज़न–विलियम्स का घातांक नहीं।
  8. एक आदर्श क्षैतिज-प्रवाह अवसादन टंकी में निस्सरण व तल-क्षेत्रफल स्थिर हैं और गहराई दुगुनी की जाती है। किसी भी दिए कण-आमाप का निष्कासन

    1. दुगुना हो जाता है, क्योंकि धारण काल दुगुना होता है
    2. घटता है, क्योंकि कण को अधिक गहराई से बैठना पड़ता है
    3. आधा बढ़ता है, क्योंकि गाद क्षेत्र अधिक गहरा है
    4. वही रहता है, क्योंकि यह अतिप्रवाह दर Q/A पर निर्भर है
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — वही रहता है, क्योंकि यह अतिप्रवाह दर Q/A पर निर्भर है

    हेज़न के सिद्धांत में कण तब निकलता है जब उसकी बैठने की चाल कम से कम अतिप्रवाह दर Q/A हो, गहराई से स्वतंत्र; गहरी टंकी अधिक धारण काल देती है, पर कण को अधिक गहराई से भी बैठना पड़ता है, अतः दोनों कट जाते हैं। धारण काल का तर्क सामान्य जाल है: समय व पथ-लंबाई साथ बढ़ते हैं।
  9. समान मुक्त क्लोरीन सांद्रता पर जल का विसंक्रमण अधिक प्रभावी होता है

    1. pH 9 पर, जहाँ हाइपोक्लोराइट आयन प्रबल है
    2. pH 6.5 पर, जहाँ हाइपोक्लोरस अम्ल प्रबल है
    3. pH 11 पर, जहाँ क्लोरीन पूर्णतः आयनित व सर्वाधिक अभिक्रियाशील है
    4. किसी भी pH पर, क्योंकि हाइपोक्लोरस अम्ल व हाइपोक्लोराइट समान प्रबल हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — pH 6.5 पर, जहाँ हाइपोक्लोरस अम्ल प्रबल है

    HOCl कहीं प्रबल विसंक्रामक है और निम्न pH क्लोरीन को उसी रूप में रखता है, अतः प्रभावशीलता pH 9 या 11 की तुलना में pH 6.5 के निकट बेहतर है। ‘पूर्ण आयनित सबसे अभिक्रियाशील’ वाली धारणा विफल है क्योंकि आवेशित OCl⁻ सूक्ष्मजीवों में कठिनाई से पैठता है और दुर्बल विसंक्रामक है।
  10. 800 जनसंख्या के एक पहाड़ी गाँव में कम व स्थिर गँदलेपन की झरना-पोषित धारा, खाली भूमि, कोई प्रशिक्षित संचालक नहीं और रसायनों की नियमित आपूर्ति नहीं है। सर्वाधिक उपयुक्त निस्यंदन है

    1. सादा अवसादन के बाद मंद बालू फ़िल्टर
    2. फिटकरी स्कंदन व ऊर्णन के बाद द्रुत बालू फ़िल्टर
    3. डोज़िंग टंकी से सीधे फिटकरी पाने वाला दाब फ़िल्टर
    4. दैनिक बैकवाश व वायु-धुलाई ब्लोअर सहित द्रुत बालू फ़िल्टर
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — सादा अवसादन के बाद मंद बालू फ़िल्टर

    मंद बालू फ़िल्टर को स्कंदक नहीं चाहिए, वह जैविक परत से कार्य करता है और कम कौशल से चलता है, और जहाँ भूमि खाली व गँदलापन कम हो वहाँ उसका बड़ा क्षेत्र समस्या नहीं। द्रुत व दाब वाले विकल्प रसायनों, बैकवाश मशीनरी और प्रशिक्षित संचालक पर निर्भर हैं, जो इस गाँव में नहीं हैं।
  11. एक जल में Ca²⁺ 80 mg/L व Mg²⁺ 24 mg/L है। तुल्यांकी भार Ca 20, Mg 12 और CaCO₃ 50 लेने पर CaCO₃ के रूप में कुल कठोरता है

    1. 104 mg/L
    2. 200 mg/L
    3. 300 mg/L
    4. 400 mg/L
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — 300 mg/L

    कठोरता = Σ (mg/L × 50 / तुल्यांकी भार) = 80 × 50/20 + 24 × 50/12 = 200 + 100 = 300 mg/L CaCO₃ के रूप में। 104 केवल दोनों सांद्रताएँ जोड़ता है, और 200 केवल कैल्शियम गिनता है व मैग्नीशियम भूल जाता है।
  12. सेवा जलाशय के संबंध में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. समान दैनिक माँग पर, प्रतिदिन पंपिंग घंटे बढ़ने पर संतुलन भंडारण घटता है
    2. संतुलन भंडारण अंतःप्रवाह व माँग के सबसे बड़े संचयी आधिक्य और सबसे बड़ी संचयी कमी के योग के बराबर होता है
    3. उन्नत जलाशय आपातकालीन भंडारण की आवश्यकता मिटा देता है, क्योंकि गुरुत्व विफल नहीं हो सकता
    4. सेवित क्षेत्र के केंद्र के निकट ऊँचा स्थल मेन छोटे करता और दाब समान करता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — समान दैनिक माँग पर, प्रतिदिन पंपिंग घंटे बढ़ने पर संतुलन भंडारण घटता है; B — संतुलन भंडारण अंतःप्रवाह व माँग के सबसे बड़े संचयी आधिक्य और सबसे बड़ी संचयी कमी के योग के बराबर होता है; D — सेवित क्षेत्र के केंद्र के निकट ऊँचा स्थल मेन छोटे करता और दाब समान करता है

    लंबी पंपिंग अंतःप्रवाह को माँग वक्र के निकट लाती है, अतः कम संतुलन चाहिए; द्रव्यमान-वक्र नियम सबसे बड़े आधिक्य व सबसे बड़ी कमी को जोड़ता है; केंद्रीय, ऊँचा स्थल पसंदीदा स्थान है। आपातकालीन भंडारण पंप, बिजली व मेन की विफलता और मरम्मत-समय को कवर करता है, और उन्नत टंकी भी अंतःप्रवाह रुकने पर खाली हो जाती है, अतः ऊँचाई उसे अनावश्यक नहीं बनाती।
  13. ग्रिड-आयरन अभिन्यास के मृत-सिरा अभिन्यास की तुलना में वास्तविक लाभ निम्नलिखित में से कौन-से हैं?

    1. जल प्रत्येक बिंदु तक एक से अधिक दिशाओं से पहुँचता है, अतः पाइप-टूटन केवल छोटा क्षेत्र अलग करती है
    2. कोई मृत सिरा नहीं, अतः ठहराव कम और अग्नि-प्रवाह बेहतर है
    3. प्रत्येक पाइप का प्रवाह सीधे सांतत्य से मिलता है, प्रयास-त्रुटि के बिना
    4. पाइप की कुल लंबाई कम और वाल्व कम
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — जल प्रत्येक बिंदु तक एक से अधिक दिशाओं से पहुँचता है, अतः पाइप-टूटन केवल छोटा क्षेत्र अलग करती है; B — कोई मृत सिरा नहीं, अतः ठहराव कम और अग्नि-प्रवाह बेहतर है

    अंतर्संयोजन द्विमार्गी आपूर्ति व खंडीय पृथक्करण देता है और ठहरे सिरे हटाता है। अन्य दो मृत-सिरा अभिन्यास के लाभ हैं: उसके प्रवाह सीधे निकल सकते हैं, और वह कम पाइप व कम वाल्व लेता है, जबकि ग्रिड को हार्डी क्रॉस जैसी प्रयास-त्रुटि विधि चाहिए।
  14. स्कंदन व विसंक्रमण के संबंध में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. फिटकरी को फ़्लॉक बनाने हेतु जल में क्षारकता चाहिए, अतः क्षारकता कम होने पर चूना या सोडा-ऐश मिलाया जाता है
    2. हाइपोक्लोराइट आयन हाइपोक्लोरस अम्ल से प्रबल विसंक्रामक है
    3. क्लोरामीन जालक में अधिक टिकती हैं पर मुक्त क्लोरीन से दुर्बल विसंक्रमण करती हैं
    4. जार परीक्षण से इष्टतम स्कंदक मात्रा व pH निकाला जाता है
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    उत्तर: A — फिटकरी को फ़्लॉक बनाने हेतु जल में क्षारकता चाहिए, अतः क्षारकता कम होने पर चूना या सोडा-ऐश मिलाया जाता है; C — क्लोरामीन जालक में अधिक टिकती हैं पर मुक्त क्लोरीन से दुर्बल विसंक्रमण करती हैं; D — जार परीक्षण से इष्टतम स्कंदक मात्रा व pH निकाला जाता है

    फिटकरी बाइकार्बोनेट खाकर Al(OH)₃ बनाती है, क्लोरामीन शक्ति देकर टिकाऊपन लेती हैं, और जार परीक्षण मात्रा व pH तय करने की मानक विधि है। हाइपोक्लोरस अम्ल, हाइपोक्लोराइट आयन नहीं, प्रबल विसंक्रामक है, अतः वह कथन तथ्य उलट देता है।
  15. निम्नलिखित में से कौन-से जल-संवेदी नगर नियोजन के उपाय हैं?

    1. प्राकृतिक नालों को ढकी कंक्रीट नालियों से बदलना ताकि वर्षा-जल जल्दी निकले
    2. मार्गों के साथ पारगम्य पेवमेंट व वनस्पतीय स्वेल, अपवाह के रिसाव व छनन हेतु
    3. फ़्लश व बगीचों हेतु उपचारित अपशिष्ट जल, पेयजल को पीने के लिए रखते हुए
    4. मास्टर प्लान में झीलों, आर्द्रभूमियों व बाढ़-मैदानों को विकास-निषिद्ध क्षेत्र रखना
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    उत्तर: B — मार्गों के साथ पारगम्य पेवमेंट व वनस्पतीय स्वेल, अपवाह के रिसाव व छनन हेतु; C — फ़्लश व बगीचों हेतु उपचारित अपशिष्ट जल, पेयजल को पीने के लिए रखते हुए; D — मास्टर प्लान में झीलों, आर्द्रभूमियों व बाढ़-मैदानों को विकास-निषिद्ध क्षेत्र रखना

    जल-संवेदी नियोजन जल को धीमा करता, रिसाता, स्वच्छ करता व पुनः उपयोग करता है, और प्राकृतिक जल-तंत्र की रक्षा करता है। प्राकृतिक नालों को ढकना व सीधा करना उलटा करता है: प्रवाह तेज़ करता है, निचली धारा का चरम बढ़ाता है, और प्राकृतिक प्रवाह-मार्ग के दिए संचयन व रिसाव को हटा देता है।
  16. तीन क्रमिक दशकीय गणनाओं में जनसंख्या 25,000, 31,000 व 37,000 है। अंकगणितीय वृद्धि विधि से अंतिम गणना के चार दशक बाद की जनसंख्या का पूर्वानुमान लगाया जाता है, और माँग 135 lpcd ली जाती है। औसत दैनिक माँग, m³/day में, ____ है।

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    उत्तर: 8235

    औसत दशकीय वृद्धि = 6,000। जनसंख्या = 37,000 + 4 × 6,000 = 61,000। माँग = 61,000 × 135 = 8,235,000 L/day = 8,235 m³/day। जाँच: 61,000 × 100 = 61 लाख और 61,000 × 35 = 21.35 लाख, जिनका योग 82.35 लाख लीटर है।
  17. एक सेवा जलाशय 4,800 m³ दैनिक माँग को सेवित करता है। चार क्रमिक छह-घंटे खंडों में माँग दिन के कुल की 10%, 40%, 30% व 20% है, और पंपिंग प्रत्येक खंड में दिन के कुल का 25% देती है। संतुलन भंडारण में 400 m³ अग्नि आरक्षित भंडार और दैनिक माँग का 10% आपातकालीन आरक्षित भंडार जोड़े जाते हैं। जलाशय की क्षमता, m³ में, ____ है।

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    उत्तर: 1840

    दिन के % में संचयी (अंतःप्रवाह − माँग): 25 − 10 = +15; फिर +15 + (25 − 40) = 0; फिर 0 + (25 − 30) = −5; फिर −5 + (25 − 20) = 0। सबसे बड़ा आधिक्य 15, सबसे बड़ी कमी 5, अतः संतुलन = 4,800 का 20% = 960 m³। आपातकालीन = 0.10 × 4,800 = 480 m³। कुल = 960 + 400 + 480 = 1,840 m³।
  18. हार्डी क्रॉस विश्लेषण में, हेड-हानि h = r Q |Q| (Q दक्षिणावर्त धनात्मक) लेकर, एक लूप में चार पाइप हैं जिनके (r, Q) संगत इकाइयों में (2, +15), (1, +5), (2, −10) व (1, −10) हैं। इस लूप हेतु प्रथम प्रवाह संशोधन ΔQ का परिमाण, दो दशमलव तक, ____ है।

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    उत्तर: 1.35

    h = 2 × 15² = 450; 1 × 5² = 25; −2 × 10² = −200; −1 × 10² = −100। Σh = 175। Σ r|Q| = 2×15 + 1×5 + 2×10 + 1×10 = 65, अतः n Σ|h/Q| = 2 × 65 = 130। ΔQ = −175/130 = −1.346, परिमाण 1.35। पुनः जाँच: 450 + 25 = 475, में से 300 घटाने पर 175।
  19. एक सादा अवसादन टंकी 9,000 m³/day को 28 m³/m²/day की अतिप्रवाह दर पर 3 घंटे के धारण काल के साथ उपचारित करती है। उसके जल की गहराई, m में, ____ है।

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    उत्तर: 3.5

    तल-क्षेत्रफल A = Q/v₀ = 9,000/28 = 321.4 m²। आयतन V = Q × t = 9,000 × (3/24) = 1,125 m³। गहराई H = V/A = 1,125/321.4 = 3.5 m। सीधी जाँच: H = v₀ × t = 28 m/day × 0.125 day = 3.5 m।
  20. एक संयंत्र 15 ML/d उपचारित करता है और 2.4 mg/L की मात्रा पर क्लोरीन देता है, ऐसे ब्लीचिंग पाउडर से जिसमें भार का 25% उपलब्ध क्लोरीन है। आवश्यक ब्लीचिंग पाउडर, kg/day में, ____ है।

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    उत्तर: 144

    प्रवाह = 15 ML/d = 15,000 m³/d। क्लोरीन = 15,000 m³/d × 2.4 g/m³ = 36,000 g/d = 36 kg/d। पाउडर = 36/0.25 = 144 kg/d। जाँच: 144 × 0.25 = 36।