Mnara wa maji

Mnara wa maji ni muundo ulioinuliwa unaobeba tanki la maji lililojengwa katika urefu unaotosha kutoa shinikizo katika mfumo wa usambazaji wa maji safi ya kunywa, na kutoa hifadhi ya dharura kwa ajili ya ulinzi dhidi ya moto. Minara ya maji mara nyingi hufanya kazi pamoja na hifadhi za maji zilizo chini ya ardhi au zilizo juu ya ardhi, ambazo huhifadhi maji yaliyotibiwa karibu na mahali yatakapotumika. Aina nyingine za minara ya maji zinaweza kuhifadhi tu maji ghafi (yasiyo salama kwa kunywa) kwa ajili ya ulinzi wa moto au matumizi ya viwandani, na huenda zisihusishwe moja kwa moja na mfumo wa umma wa usambazaji maji. Minara ya maji inaweza kusambaza maji hata wakati wa kukatika kwa umeme, kwa sababu hutegemea shinikizo la hidrostatiki linalotokana na urefu wa maji (kutokana na mvuto wa dunia) kusukuma maji katika mifumo ya usambazaji majumbani na viwandani hata hivyo, haiwezi kusambaza maji kwa muda mrefu bila umeme, kwa sababu pampu kwa kawaida huhitajika kujaza tena mnara. Mnara wa maji pia hutumika kama hifadhi ya kusaidia mahitaji ya maji wakati wa nyakati za matumizi makubwa. Kiwango cha maji katika mnara hushuka wakati wa saa za kilele cha matumizi ya mchana, kisha pampu huujaza tena usiku. Utaratibu huu pia husaidia kuzuia maji kuganda wakati wa hali ya hewa ya baridi, kwani mnara huendelea kumwagwa na kujazwa tena mara kwa mara. Historia Ingawa matumizi ya matanki ya maji yaliyoinuliwa yamekuwepo tangu nyakati za kale kwa namna mbalimbali, matumizi ya kisasa ya minara ya maji kwa mifumo ya umma ya maji yenye shinikizo yaliibuka katikati ya karne ya 19, wakati matumizi ya pampu za mvuke yalipoanza kuenea zaidi, na mabomba bora zaidi yaliyoweza kustahimili shinikizo kubwa yalipotengenezwa. Nchini Uingereza, mifumo ya standpipe ilikuwa na mabomba marefu, yaliyo wazi na yenye umbo la herufi N, yaliyotumika kupunguza shinikizo na kutoa urefu thabiti kwa mitambo ya pampu ya mvuke ambayo mara nyingi ilitoa mtiririko usio thabiti, ilhali mfumo wa usambazaji maji wenye shinikizo ulihitaji shinikizo la kudumu. Standpipe pia ilitoa eneo thabiti na rahisi la kupimia kiwango cha mtiririko wa maji. Wabunifu kwa kawaida walifunika mabomba hayo ya kupandisha maji kwa uashi wa mapambo au miundo ya mbao. Kufikia mwishoni mwa karne ya 19, standpipe zilianza kujumuisha matanki ya kuhifadhi maji ili kukidhi mahitaji yanayoongezeka ya miji iliyokuwa ikikua. Minara mingi ya awali ya maji sasa inachukuliwa kuwa ya kihistoria na imejumuishwa katika orodha mbalimbali za urithi duniani. Baadhi yake imegeuzwa kuwa nyumba za makazi au vyumba vya kifahari. Katika maeneo fulani, kama New York City nchini Marekani, minara midogo ya maji hujengwa kwa ajili ya majengo binafsi. California na baadhi ya majimbo mengine, minara ya maji ya nyumbani iliyofunikwa kwa mbao (tankhouses) iliwahi kujengwa kati ya miaka ya 1850 hadi 1930 ili kuhudumia nyumba za mtu mmoja mmoja; Kisaga upepo zilipampu maji kutoka kwenye visima vilivyochimbwa kwa mikono na kuyapandisha kwenye tanki. Minara ya maji ilitumika pia kutoa maji katika vituo vya treni za mvuke kwenye reli. Lokomotivu za awali za mvuke zilihitaji vituo vya maji kila baada ya maili 7 hadi 10 (kilomita 11 hadi 16). Ubunifu na ujenzi Aina mbalimbali za vifaa zinaweza kutumika kujenga mnara wa maji wa kawaida; chuma na zege iliyoimarishwa au iliyobandikwa kwa mvutano ndizo hutumika zaidi (ingawa mbao au matofali pia hutumika), huku kukiwa na mipako ya ndani ili kulinda maji dhidi ya athari za nyenzo za ukuta wa ndani. Hifadhi ya maji ndani ya mnara inaweza kuwa ya umbo la tufe, silinda au duaradufu (ellipsoid), ikiwa na urefu wa chini wa takribani mita 6 (futi 20) na kipenyo cha angalau mita 4 (futi 13). Mnara wa kawaida wa maji huwa na urefu wa takribani mita 40 (futi 130). Shinikizo hutokana na shinikizo la hidrostatiki linalosababishwa na urefu wa maji; kwa kila milimita 102 (inchi 4.016) ya urefu, huzalisha kilopaskali 1 (kPa 0.145) ya shinikizo. Urefu wa mita 30 (futi 98.43) huzalisha takribani kPa 300 (psi 43.511), ambayo inatosha kuendesha na kutoa shinikizo linalohitajika kwa matumizi mengi ya maji ya majumbani na mifumo ya usambazaji maji. Urefu wa mnara huleta shinikizo katika mfumo wa usambazaji maji, na unaweza kusaidiwa na pampu. Kiasi cha hifadhi na kipenyo cha mabomba hudumisha na kusaidia kiwango cha mtiririko wa maji. Hata hivyo, kutegemea pampu pekee ni ghali; ili kukidhi mahitaji yanayobadilika, pampu lazima iwe kubwa ya kutosha kukidhi mahitaji ya kilele. Katika nyakati za matumizi ya chini, pampu ndogo hutumika kukidhi mahitaji madogo ya mtiririko wa maji. Mnara wa maji hupunguza matumizi ya umeme ya kuwasha na kuzima pampu mara kwa mara na hivyo kupunguza hitaji la mfumo wa gharama kubwa wa kudhibiti pampu. Kiasi kikubwa cha maji na kasi kubwa ya mtiririko huhitajika wakati wa kuzima moto. Kwa kuwepo kwa mnara wa maji, pampu zinaweza kubuniwa kukidhi mahitaji ya wastani badala ya mahitaji ya kilele; mnara hutoa shinikizo la maji wakati wa mchana na pampu huujaza tena wakati mahitaji ni ya chini. Kutumia mitandao ya sensa zisizo na waya kufuatilia viwango vya maji ndani ya mnara huruhusu halmashauri kufuatilia na kudhibiti pampu kiotomatiki bila kusakinisha na kutunza nyaya za gharama kubwa za data. Usanifu Picha iliyo karibu inaonyesha mbinu tatu za usanifu wa majengo za kujumuisha matangi haya katika muundo wa jengo, mojawapo ikiwa katika Barabara ya East 57th, Jiji la New York. Kuanzia kushoto kwenda kulia, kuna muundo wa matofali uliofungwa kabisa na kupambwa kwa ustadi, muundo rahisi wa matofali usio na paa unaoficha sehemu kubwa ya tanki lakini unaacha sehemu ya juu ionekane, na muundo rahisi wa matumizi ya kawaida ambao haujaribu kuficha matangi wala kuyajumuisha katika muundo wa jengo. Teknolojia hii ilianza kutumika tangu angalau karne ya 19, na kwa muda mrefu Jiji la New York ilihitaji majengo yote yenye zaidi ya ghorofa sita kuwa na mnara wa maji juu ya paa. Kampuni mbili mjini New York bado zinajenga minara ya maji, na zote ni biashara za kifamilia zilizoendelea kufanya kazi tangu karne ya 19. Wajenzi wa kwanza wa minara ya maji walikuwa watengenezaji wa mapipa, ambao walipanua ujuzi wao ili kukidhi mahitaji mapya yaliyotokana na kuongezeka kwa urefu wa majengo jijini. Hata leo, hakuna dawa maalumu ya kuziba inayotumika kuzuia maji yasivuje. Kuta za mbao za mnara wa maji hushikiliwa pamoja kwa nyaya au mikanda ya chuma, lakini maji huvuja kupitia mianya wakati tanki linapojazwa kwa mara ya kwanza. Mbao zinapolowana na maji, huvimba na kuziba mianya hiyo, hivyo kuzuia uvujaji. Minara ya maji ya juu ya paa huhifadhi kati ya lita 250,000 na 500,000 za maji hadi yatakapohitajika katika jengo lililo chini. Sehemu ya juu ya maji hutumiwa kwa matumizi ya kila siku, huku maji yaliyoko chini ya tanki yakihifadhiwa kwa ajili ya kuzima moto. Kiwango cha maji kinaposhuka chini ya kiwango fulani, swichi ya shinikizo, swichi ya kiwango cha maji au vali ya kuelea huwasha pampu au kufungua njia ya maji ya umma ili kujaza tena tanki. Mnara wa maji wa zege wenye umbo la uyoga wa Roihuvuori huko Helsinki, Finland, ulijengwa katika miaka ya 1970. Una urefu wa mita 52 na unaweza kuhifadhi takribani mita za ujazo 12,000 za maji. Wasanifu majengo na wajenzi wametumia mbinu mbalimbali za kujumuisha minara ya maji katika miundo ya majengo yao. Katika majengo mengi makubwa ya biashara, minara ya maji hufichwa kabisa nyuma ya sehemu ya nje ya jengo. Kwa sababu za urembo, majengo ya makazi mara nyingi hufunika matangi yao kwa miundo ya juu ya paa, iwe ni masanduku rahisi yasiyopambwa au miundo iliyopambwa kwa ustadi ili kuongeza mvuto wa jengo. Hata hivyo, majengo mengi huacha minara yao ya maji ionekane wazi juu ya miundo ya kawaida ya kuibeba. Iwapo pampu zitashindwa kufanya kazi, kwa mfano wakati wa kukatika kwa umeme, shinikizo la maji litapotea, jambo ambalo linaweza kusababisha hatari kwa afya ya umma. Majimbo mengi nchini Marekani yanahitaji kutolewa kwa tahadhari ya kuchemsha maji kabla ya kuyatumia ikiwa shinikizo la maji litashuka chini ya pauni 20 kwa kila inchi ya mraba (140 kPa). Tahadhari hii hutolewa kwa sababu shinikizo la chini linaweza kuruhusu vijidudu vya magonjwa kuingia katika mfumo wa maji. Baadhi ya minara ya maji imebadilishwa kwa matumizi ya kisasa. Mfano ni Wieża Ciśnień (Mnara wa Maji wa Wrocław) huko Wrocław, Poland, ambao sasa ni sehemu ya mgahawa. Mingine imebadilishwa kuwa makazi ya watu. Kihistoria, reli zilizotumia lokomotivu za mvuke zilihitaji njia ya kujaza tena matangi ya maji ya treni. Minara ya maji ilikuwa jambo la kawaida kando ya reli. Matangi hayo kwa kawaida yalijazwa kupitia kreni za maji zilizopata maji kutoka kwenye mnara wa maji. Baadhi ya minara ya maji pia hutumika kama minara ya kutazamia mandhari. Mingine hutumika kwa migahawa, kama vile Goldbergturm huko Sindelfingen, Ujerumani, au mnara wa pili kati ya Minara mitatu ya Kuwait nchini Kuwait. Pia ni kawaida kutumia minara ya maji kama maeneo ya kufunga vifaa vya mawasiliano vya masafa ya UHF yenye nguvu ndogo, kwa mfano kwa huduma za utangazaji wa maeneo ya vijijini, redio za mawasiliano ya kibinafsi na mitandao ya simu za mkononi. Katika maeneo yenye vilima, mazingira ya asili yanaweza kutumika badala ya kujenga miundo ya kuinua matangi ya maji. Matangi haya mara nyingi huwa ni matenki ya zege yaliyojengwa kwenye miteremko ya vilima au milima, lakini hufanya kazi sawa kabisa na minara ya maji ya kawaida. Sehemu za juu za matangi hayo zinaweza kupandwa mimea au kutumika kama maeneo ya bustani au mapumziko iwapo itahitajika. Marejeo