Huong Dan Su Dung Epanet

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 PHÂN TÍCH MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC BẰNG CHƯƠNG TRÌNH EPANET CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU EPANET 1.1. EPANET là gì? EPANET là chương trình tính toán mạng lưới cấp nước, có khả năng mô phỏng thuỷ lực và chất lượng nước theo thời gian. EPANET mô phỏng mạng lưới cấp nước bao gồm các đoạn ống, các nút, các máy bơm, các van, các bể chứa và đài nước, tính được lưu lượng trên mỗi đoạn ống, áp suất tại các nút, chiều cao nước ở từng bể chứa, đài nước, nồng độ của các chất trên mạng theo thời gian làm việc mô phỏng của mạng lưới. EPANET chạy trên nền Windows, tạo được một môi trường hoà hợp cho việc vào dữ liệu của mạng, chạy mô hình mô phỏng quá trình thuỷ lực và chất lượng nước, quan sát kết quả theo nhiều cách khác nhau. 1.2. Khả năng mô phỏng thuỷ lực (Hydraulic Modeling Capabilities) Mô hình mô phỏng thuỷ lực chính xác là điều kiện tiên quyết cho sự mô phỏng chất lượng nước một cách hiệu quả. EPANET chứa các công cụ phân tích thuỷ lực rất mạnh, có các khả năng sau: -

Có thể phân tích được mạng lưới cấp nước không giới hạn về quy mô.

- Tính toán tổn thất ma sát thuỷ lực theo cả ba công thức: Hazen-Williams, hoặc Darcy-Weisbach, hoặc Chezy-Manning. -

Tính được cả các tổn thất cục bộ ở các đoạn cong, đoạn ống nối,....

-

Mô hình hoá máy bơm với số vòng quay cố định hoặc thay đổi.

-

Tính được năng lượng bơm và giá thành bơm nước.

- Mô phỏng các loại van khác nhau như van đóng (Shutoff), van kiểm tra (Check), van điều chỉnh áp suất (Pressure regulating), và van điều chỉnh lưu lượng (Flow control). - Cho phép mô phỏng bể chứa nước có nhiều hình dạng khác nhau (đường kính có thể thay đổi theo chiều cao). - Tính đến sự biến đổi nhu cầu nước tại các nút, mỗi nút có thể có một biểu đồ dùng nước riêng. - Mô hình hoá lưu lượng dòng chảy phụ thuộc áp suất từ các nút theo kiểu vòi phun (Sprinkler heads). - Có thể cho hệ thống làm việc khi mực nước trong các bể ứng với các trường hợp: không biến đổi (Simple tank), thay đổi theo thời gian (Timer controls), hoặc điều khiển theo quy tắc phức tạp (Complex rule-based controls). 1.3. Khả năng mô phỏng chất lượng nước (Water Quality Modeling Capabilities) Ngoài việc mô hình hoá thuỷ lực, EPANET cho phép mô hình hoá chất lượng nước với các khả năng sau: -

Mô hình hoá sự chuyển động của chất không phản ứng trong mạng.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

1

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 - Mô hình hoá chuyển động và sự biến đổi của các chất có phản ứng trong mạng như sự gia tăng (ví dụ như sản phẩm khử trùng) hoặc sự suy giảm (như dư lượng Clo) theo thời gian. -

Mô hình hoá thời gian lưu nước trong khắp mạng.

- Theo dõi được phần trăm lưu lượng nước từ một nút cho trước đến các nút khác theo thời gian. - Mô hình hoá phản ứng cả trong dòng chảy (Bulk Flow) lẫn trên thành ống (Pipe Wall). -

Sử dụng động học bậc 'n' để mô hình hoá phản ứng trong dòng chảy.

-

Sử dụng động học bậc '0' hoặc bậc nhất để mô hình hoá phản ứng tại thành ống.

-

Kể đến việc cản trở sự vận chuyển nước khi mô hình hoá phản ứng tại thành ống.

-

Cho phép các phản ứng gia tăng hoặc suy giảm đến một nồng độ giới hạn.

- Sử dụng các hệ số mức phả`n ứng chung, tuy nhiên cũng có thể thay đổi riêng cho từng đoạn ống. -

Cho phép hệ số phản ứng của thành ống liên hệ được với độ nhám của ống.

- Cho phép nồng độ hoặc khối lượng vật chất biến đổi theo thời gian đưa vào một vị trí bất kỳ trong mạng. -

Mô hình hoá các bể chứa như là bể phản ứng với các kiểu trộn khác nhau.

Với các đặc điểm như vậy, EPANET có thể xem xét được các vấn đề về chất lượng nước như: -

Sự pha trộn nước từ các nguồn khác nhau;

-

Thời gian lưu nước trong hệ thống;

-

Sự suy giảm dư lượng Clo;

-

Sự gia tăng các sản phẩm khử trùng;

-

Theo dõi sự lan truyền các chất ô nhiễm.

1.4. Các bước sử dụng EPANET (Steps in Using EPANET) Việc áp dụng chương trình EPANET để mô phỏng một hệ thống cấp nước được thực hiện theo các bước cơ bản dưới đây: 1) Vẽ sơ đồ biểu diễn mạng cấp nước (Adding Objects). 2) Biên tập các thuộc tính của các đối tượng của mạng (Editing Objects). 3) Mô tả hệ thống làm việc như thế nào: các đường quan hệ (Curves), các mẫu hình thời gian (Time Patterns), các lệnh điều khiển (Controls). 4) Chọn các chức năng phân tích (Setting Analysis Options) để đặt các thuộc tính cho các đối tượng về các mặt: thuỷ lực, chất lượng, phản ứng, thời gian, năng lượng,... 5) Chạy chương trình để phân tích thuỷ lực hoặc chất lượng nước (Running an Analysis). 6) Xem kết quả (Viewing Results). Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

2

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 CHƯƠNG 2. HƯỚNG DẪN NHANH CÁCH SỬ DỤNG EPANET 2.1. Mạng lưới ví dụ (Example Network) Trong chương này giới thiệu một ví dụ mạng lưới phân phối nước đơn giản thể hiện như hình vẽ 2.1. Mạng này bao gồm: bể chứa nguồn (chẳng hạn là bể chứa nước sạch của trạm xử lý), từ đó nước được bơm vào mạng lưới đường ống có hai vòng. Ngoài ra còn có thêm một đường ống dẫn tới một đài chứa nổi lên trên hệ thống. Các nhãn (ID labels) cho các thành phần khác nhau được biểu diễn trên hình vẽ. Các thuộc tính nút của mạng lưới được thể hiện trong bảng 2.1. Các thuộc tính của ống được liệt kê trong bảng 2.2. Máy bơm (9) có thể tạo ra một cột nước 46 m với lưu lượng 38 l/s, và đài nước (nút 8) có đường kính 12 m, mức nước nhỏ nhất 1,0 m, và mức nước tối đa 6,0 m, mức nước ban đầu là 1,2 m.

Hình 2.1. Ví dụ về một mạng lưới đường ống Bảng 2.1. Ví dụ các thuộc tính nút của mạng lưới Nút

Độ cao (m)

Nhu cầu cơ bản (l/s)

1

210

0

2

210

0

3

220

9

4

210

9

5

200

13

6

210

9

7

210

0

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

3

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 8 250

0

Bảng 2.1. Ví dụ các thuộc tính đường ống của mạng lưới Ống

Chiều dài (m)

Đường kính (mm)

Hệ số nhám n

1

900

350

0,014

2

1500

300

0,014

3

1500

200

0,014

4

1500

200

0,014

5

1500

200

0,014

6

2100

250

0,014

7

1500

150

0,014

8

2100

150

0,014

2.2. Thiết lập bản vẽ (Project Setup) Trước hết, nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là tạo ra một bản vẽ hệ thống (Project) mới trên EPANET. Để bắt đầu, mở EPANET, hoặc nếu EPANET đã khởi động rồi thì chọn File >> New (từ thanh menu) để tạo ra một project mới. Tiếp theo chọn Project >> Defaults để mở hộp thoại mà dạng của hộp được thể hiện ở hình 2.2. Chúng ta sẽ sử dụng hộp thoại này để cho EPANET tự động gán nhãn cho các đối tượng mới với cách đánh số liên tiếp bắt đầu từ số từ 1 và cộng thêm 1 mỗi khi chúng được thêm vào mạng lưới. Trên trang ID Labels của hộp thoại xoá hết các nội dung trong cột ID Prefix và đặt bước tăng ID (ID Increment) bằng 1 (hình 2.2).

Hình 2.2. Hộp thoại Project Defaults Sau đó chọn trang Hydraulics của hộp thoại và chọn đơn vị đo lưu lượng (Flow Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

4

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Units) là LPS (liters per second, l/s). Khi đó, hệ đơn vị SI sẽ được sử dụng cho tất cả các đại lượng (chiều dài bằng mét, đường kính ống bằng mili-mét, áp suất bằng mét cột nước, v.v...). Cũng chọn công thức Chezy-Manning như là công thức tính tổn thất cột nước trong ống (hình 2. 2). Nếu muốn giữ các lựa chọn này cho tất cả các projects mới trong tương lai, bạn có thể đánh dấu vào hộp Save ở dưới đáy hộp thoại trước khi chấp nhận nó bằng việc nhấn nút OK. Tiếp theo chúng ta sẽ chọn vài chức năng hiển thị sơ đồ mạng lưới để khi chúng ta thêm các đối tượng lên sơ đồ, chúng ta sẽ thấy nhãn và ký hiệu của chúng được hiển thị. Chọn View >> Options để hiển thị hộp thoại Map Options. Chọn trang Notation ở hộp thoại và đánh dấu các cài đặt (thể hiện ở hình 2.3 dưới đây). Sau đó chuyển sang trang Symbols và đánh dấu cho tất cả các hộp. Nhấp nút OK để chấp nhận những lựa chọn này và đóng hộp thoại lại. Cuối cùng, trước khi vẽ mạng lưới, chúng ta phải đảm bảo rằng các cài đặt tỉ lệ bản đồ của chúng ta là đã được chấp nhận. Chọn View >> Dimensions để làm hiện ra hộp thoại Map Dimensions. Chú ý rằng các kích thước mặc định này sẽ được chỉ định cho project mới. Những cài đặt này đủ để đáp ứng cho thí dụ ở đây. Sau đó nhấp nút OK.

Hình 2.3. Hộp thoại Map Options 2.3. Vẽ mạng lưới cấp nước (Drawing the Network) Sử dụng chuột và các nút nằm trên thanh công cụ bản đồ (Map Toolbar) được thể hình dưới đây. (Nếu không nhìn thấy thanh công cụ này thì chọn View >> Toolbars >> Map). Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

5

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

. Tiếp theo nhấp chuột trên bản Trước hết chúng ta vẽ bể chứa. Nhấp nút Reservoir đồ tại vị trí của bể chứa (vị trí nào đó bên trái của bản đồ). Sau đó thêm vào các mối nối. Nhấp nút Junction vị trí của các nút từ nút 2 đến nút 7.

và sau đó nhấp vào bản đồ tại các

và nhấp vào bản đồ nơi đặt đài Cuối cùng thêm đài nước bằng cách nhấp nút Tank nước. Đến đây sơ đồ mạng phải sẽ có dạng giống như bản vẽ trong hình 2.4.

Hình 2.4. Bản đồ mạng lưới sau khi nhập các nút

Sau đó chúng ta nhập thêm các đường ống vào. Hãy bắt đầu từ ống 1, nối nút 2 tới nút trên Toolbar. Nhấp chuột vào nút 2 trên bản đồ và sau đó đến nút 3. Nhấp nút Pipe 3. Lặp lại cách vẽ này cho các ống từ 2 tới 7. Ống 8 có hình đường cong. Muốn vẽ nó nhấp chuột vào nút 5. Sau đó trong quá trình di chuyển chuột tới nút 6 hãy nhấp chuột tại những điểm mà ở đó cần có sự đổi hướng để tạo ra hình dạng đường cong mong muốn. Kết thúc quá trình vẽ bằng việc nhấp vào nút 6. Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

6

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Cuối cùng thêm máy bơm vào. Nhấp nút Pump nút 2.

, rồi nhấp vào nút 1 và sau đó là

Tiếp theo chúng ta sẽ tạo nhãn cho bể chứa, máy bơm, và đài nước. Hãy chọn nút Text và nhấp vào một nơi nào đó cạnh bể chứa (nút 1) Một hộp điều chỉnh sẽ xuất hiện, Hãy gõ vào từ BỂ và sau đó gõ Enter. Nhấp bên cạnh máy bơm và nhập nhãn của nó trên vào (BƠM), rồi làm tương tự cho đài nước (ĐÀI). Sau đó nhấp nút Selection Toolbar để đưa bản đồ vào chế độ Object Selection thay vì chế độ Text Insertion. Đến đây chúng ta đã hoàn thành việc vẽ mạng lưới. Mạng lưới của bạn phải giống như bản đồ ở hình 1.1. Nếu các nút nằm sai vị trí bạn có thể di chuyển chúng bằng cách nhấp vào nút đó, giữ chuột trái và kéo nó tới vị trí mới. Chú ý quan sát xem các ống nối được di chuyển cùng với nút như thế nào. Các nhãn cũng có thể thay đổi vị trí theo cách tương tự. Muốn tạo lại dáng đường cong của ống 8 thì làm như sau: 1) Trước hết nhấp lên ống 8 để chọn nó và sau đó nhấp nút bản đồ vào chế độ Vertex Selection.

trên Toolbar để đưa

2) Chọn một đỉnh (Vertex) trên ống bằng cách nhấp lên nó, giữ nút trái chuột và sau kéo nó tới một vị trí mới rồi thả nút trái chuột ra. 3) Nếu cần, có thể thêm hoặc xoá bớt đỉnh của tuyến ống bằng cách nhấp nút phải chuột và chọn chức năng thích ứng trên menu xuất hiện trên màn hình. 4) Khi kết thúc, nhấp vào

để trở lại chế độ Object Selection.

2.4. Định các thuộc tính của đối tượng (Setting Object Properties) Khi các đối tượng được thêm vào một Project, chúng được gán bởi một tập hợp các thuộc tính mặc định. Muốn thay đổi thiết lập của một thuộc tính cụ thể chúng ta phải chọn đối tượng vào Property Editor (hình 2.5). Có một số cách khác nhau để làm việc này. Nếu hộp thoại Editor đã nhìn thấy thì bạn có thể làm cho nó (Property Editor) xuất hiện bằng một trong những thao tác sau: 1) Nhấp đúp vào đối tượng trên bản đồ. 2) Nhấp nút phải chuột lên đối tượng và chọn Properties từ cửa sổ xuất hiện trên màn hình. Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

7

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 3) Chọn đối tượng từ trang Data của cửa sổ Browser rồi nhấp nút Browser’s Edit . Mỗi khi trong Property Editor có ô sáng lên, bạn có thể nhấn phím F1 để có được những hướng dẫn đầy đủ hơn về những thuộc tính được liệt kê.

Hình 2.5. Property Editor

Chúng ta hãy bắt đầu soạn thảo các thuộc tính bằng cách chọn nút 2 vào Property Editor như cách đã nói ở trên. Bây giờ chúng ta nhập cao độ và nhu cầu nước cho nút này trong các ô thích hợp. Bạn có thể dùng các phím mũi tên Up và Down trên bàn phím hay con chuột để di chuyển giữa các ô này. Chúng ta chỉ cần nhấp lên một đối tượng khác (nút hay đường nối) để làm cho các thuộc tính của nó tiếp tục xuất hiện trong Property Editor. Chúng ta cũng có thể nhấn phím Page Down hay Page Up để di chuyển tới đối tượng tiếp theo hay đối tượng trước với cùng một loại số liệu. Như vậy chỉ cần di chuyển từ đối tượng này sang đối tượng khác và điền cao độ và lưu lượng yêu cầu cho các nút, chiều dài, đường kính và độ nhám cho các đường nối,... Đối với bể chứa, nhập cao độ của nó (210) trong ô tổng cột áp (Total Head). Đối với đài nước; nhập 250 cho cao độ của nó; nhập 1,2 cho mức nước ban đầu; nhập 6,0 cho mức nước lớn nhất và 12 cho đường kính của nó. Đối với máy bơm, chúng ta cần phải Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

8

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 gán cho nó một đường cong (quan hệ giữa cột nước và lưu lượng). Nhập nhãn ID 1 trong ô Pump Curve. Tiếp theo chúng ta sẽ tạo ra Pump Curve 1. Từ trang Data của cửa sổ Browser, chọn . Một đường cong 1 sẽ Curves từ hộp danh sách thả xuống và sau đó nhấp nút Add được thêm vào cơ sở dữ liệu và hộp thoại Curve Editor sẽ xuất hiện (hình 2.6) Nhập cột nước thiết kế máy bơm (46 m) và lưu lượng thiết kế (38 l/s) vào biểu này. EPANET sẽ tự động tạo ra đường đặc tính máy bơm hoàn chỉnh từ 1 điểm duy nhất này. Phương trình của đường cong được biểu diễn với dạng của nó. Nhấp OK để đóng Editor.

Hình 2.6. Curve Editor 2.5. Lưu và mở bản vẽ (Saving and Opening Projects) Sau khi đã hoàn thành thiết kế ban đầu của mạng lưới, cần phải lưu lại công việc của chúng ta vào một file. 1) Từ menu File chọn Save as. 2) Từ hộp thoại Save as chọn thư mục và tên file cần lưu Project vào đó. Phần mở rộng .net sẽ được thêm vào tên của file một cách mặc định nếu ta không cung cấp. Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

9

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 3) Nhấp OK để lưu Project này vào file. Các dữ liệu của Project được đưa vào file dưới dạng nhị phân. Nếu bạn muốn lưu dữ liệu vào tập tin dưới dạng văn bản có thể đọc được, hãy dùng lệnh File >> Export >> Network. Muốn mở Project, chúng ta chọn lệnh Open từ menu File.

2.6. Chạy mô hình mô phỏng một thời đoạn (Running a Single Period Analysis) Bây giờ chúng ta có đủ thông tin để chạy một mô hình phân tích thuỷ lực một thời đoạn trên mạng lưới ví dụ nêu trên. Để chạy mô hình chọn Project >> Run Analysis từ thanh công cụ (Standard Toolbar). (Nếu Toolbar chưa nhìn hoặc nhấp nút Run thấy thì hãy chọn View >> Toolbars >> Standard từ thanh Menu). Nếu chương trình không chạy được thì một cửa sổ Status Report sẽ xuất hiện ra và cho biết có vấn đề (lỗi) gì. Nếu chạy thành công thì bạn có thể xem kết quả theo nhiều cách. Hãy chọn một số trong những thao tác sau: 1) Chọn Node Pressure từ trang Browser’s Map và quan sát giá trị áp suất ở các nút được mã màu (color-coded) như thế nào. Muốn xem lời chú giải cho sự mã màu này, hãy chọn View >> Legends >> Node (hoặc nhấp nút phải chuột lên phần trống của bản đồ và chọn Node Legends từ cửa sổ hiện ra). Để chọn khoảng màu của lời chú giải, nhấp nút phải chuột lên lời chú giải để làm cho Legends Editor xuất hiện. 2) Lôi hộp thoại Property Editor ra (nhấp đúp và bất kỳ nút hay đường nối nào) và nhìn nhận kết quả tính toán được hiện trên các ô cuối (màu vàng sáng) của danh sách các ô thuộc tính. 3) Tạo ra một danh sách kết quả bằng bảng biểu bằng cách chọn Report >> Table trên Standard Toolbar. Hình 2.7 hiển thị một bảng (hay bằng cách nhấp nút Table như vậy cho các kết quả tính toán cho các đường nối trong lần chạy này. Lưu ý rằng các lưu lượng có dấu âm có nghĩa là lưu lượng chảy ngược hướng với hướng vẽ đoạn ống lúc đầu.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

10

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Bảng 2.7. Ví dụ các kết quả tính toán cho các đường nối

2.7. Chạy mô hình mô phỏng theo thời gian (Running an Extended Period Analysis) Để cho mạng lưới của chúng ta có tính thực tế hơn cho việc phân tích theo thời gian hoạt động dài, chúng ta sẽ tạo ra một mẫu hình thời gian (Time Pattern) làm cho các lưu lượng yêu cầu tại các nút thay đổi một cách có chu kỳ trong mỗi ngày. Đối với ví dụ đơn giản này chúng ta sẽ sử dụng một mẫu hình thời gian có độ dài mỗi thời đoạn (bước thời gian) là 6 giờ, như vậy lưu lượng yêu cầu thay đổi 4 lần trong một ngày. (Bước thời gian 1 giờ là một con số điển hình hơn và là sự mặc định gắn cho Project mới). Chúng ta sắp xếp các bước thời gian bằng cách chọn Options-Times từ Data Browser, nhấp vào nút Browser’s Edit để làm cho Property Editor xuất hiện (nếu như chưa thấy trên màn hình). Và nhập 6 cho giá trị của bước thời gian (như thể hiện ở hình 2.8 dưới đây). Khi làm cho Time Options xuất hiện, chúng ta cũng có thể định khoảng thời gian mà chúng ta muốn kéo dài để chạy chương trình. Chúng ta sử dụng khoảng thời gian 3 ngày (nhập 72 giờ cho thuộc tính Duration).

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

11

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Hình 2.8. Tuỳ chọn thời gian (Time Options)

. Một Để tạo ra mẫu hình, hãy chọn Patterns trong Browser sau đó nhấp nút Add mẫu hình mới 1 sẽ được tạo ra và hộp thoại Pattern Editor sẽ xuất hiện (xem hình 2.9). Nhập các giá trị nhân tử 0,5; 1,3; 1,0; 1,2 cho các khoảng thời gian từ 1 tới 4 sẽ tạo được một mẫu hình với thời gian kéo dài 24 tiếng. Sử dụng các nhân tử này để thay đổi lưu lượng yêu cầu so với lưu lượng yêu cầu cơ bản trong từng thời đoạn. Bởi vì chúng ta đang tạo ra thời gian chạy là 72 giờ nên mẫu hình sẽ quay lại điểm xuất phát sau mỗi khoảng thời gian 24 giờ.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

12

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Hình 2.9. Pattern Editor

Bây giờ chúng ta phải gán mẫu hình 1 cho thuộc tính Demand Pattern (mẫu hình lưu lượng yêu cầu) của tất cả các nút trong mạng. Chúng ta có thể sử dụng một trong các Hydraulic Options của EPANET để tránh việc phải soạn thảo cho các mối nối từng cái một. Nếu bạn làm xuất hiện Hydraulic Options trong Property Editor bạn sẽ thấy có một mục gọi là Default Pattern. Việc gán định giá trị của nó bằng 1 sẽ làm cho Demand Pattern tại mỗi mối nối bằng mẫu hình 1, một khi không có mẫu hình nào khác được gán cho mối nối này. trên Tiếp theo chạy phép phân tích (chọn Project >> Run Analysis hoặc nhấp nút thanh Standard Toolbar). Đối với phép phân tích theo thời gian dài bạn có một số cách nữa để xem kết quả: Thanh cuộn trong các nút kiểm soát Time của Browser sẽ được sử dụng để hiển thị bản đồ mạng lưới tại những thời điểm khác nhau. Hãy thực hiện việc này với áp suất (Pressure) được chọn là thông số của nút và lưu lượng (Flow) là thông số của đường nối. Các nút theo kiểu VCR trong Browser có thể kích hoạt bản đồ theo thời gian. Nhấp nút Forward (chạy tới) để để bắt đầu chạy hoạt ảnh và nút Stop để dừng lại. Hãy thêm các mũi tên hướng dòng chảy ở bản đồ (chọn View >> Options, chọn trang Flow Arrows từ hộp thoại Map Options và đánh dấu (check) một kiểu mũi tên mà bạn muốn sử dụng) Sau đó bắt đầu chạy lại hoạt ảnh và chú ý sự thay đổi hướng dòng chảy theo thời gian của dòng chảy qua ống nối với đài nước khi đài nước nhận nước và xả nước. Hãy tạo ra bản vẽ loạt thời gian cho bất kỳ một nút hay một đường nối nào. Ví dụ muốn xem độ cao của nước trong đài thay đổi như thế nào theo thời gian thì: 1) Nhấp vào đài nước. 2) Chọn Report >> Graph (hoặc nhấp nút Graph thị hộp thoại Graph Selection.

trên Standard Toolbar) sẽ hiển

3) Chọn nút Time Series (loạt thời gian) trên hộp thoại. 4) Chọn Head (cột nước) như là thông số để vẽ. 5) Nhấp OK để chấp nhận việc chọn đồ thị của bạn. Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

13

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Chú ý tính chu kỳ của đồ thị biểu thị độ cao của nước trong đài theo thời gian.

Hình 2.10. Ví dụ về hình vẽ theo loạt thời gian

2.8. Chạy một phép phân tích chất lượng nước (Running a Water Quality Analysis) Tiếp theo chúng ta sẽ thấy cách mở rộng phép phân tích mạng lưới ví dụ của chúng ta để nó bao gồm cả việc phân tích chất lượng nước. Trường hợp đơn giản nhất là theo dõi sự phát triển của tuổi nước (Age), còn gọi là thời gian lưu nước), trên toàn mạng lưới theo thời gian. Để thực hiện việc phân tích này chúng ta chỉ cần chọn Age cho thuộc tính Parameter trong Quality Options (chọn Options-Quality từ trang Data của Browser, rồi nhấp nút Browser's Edit để làm cho Property Editor xuất hiện). Hãy chạy phép phân tích và chọn Age như là thông số để xem trên bản đồ. Hãy tạo ra một bản vẽ loạt thời gian cho Age trong đài nước. Lưu ý rằng không giống như mực nước, 72 giờ là không đủ thời gian để thời gian lưu nước trong đài đạt tới quan hệ chu kỳ. (Điều kiện ban đầu mặc định là bắt đầu tất cả các nút với thời gian lưu nước bằng 0). Hãy thử lặp lại sự mô phỏng với việc sử dụng khoảng thời gian 240 giờ hoặc gán 60 giờ cho tuổi nước ban đầu trong đài.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

14

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Cuối cùng, chúng ta sẽ mô phỏng sự vận chuyển và sự phân rã của Clo qua mạng lưới. Hãy thực hiện những thay đổi sau cho cơ sở dữ liệu: 1) Từ Data Browser chọn Options-Quality để soạn thảo. Nhấn nút Edit để hiện ra hộp thoại Quanlity Option. Trong ô Parameter gõ vào từ "Clo". 2) Chuyển sang Options-Reactions trong Browser. Với Global Bulk Coefficient nhập giá trị -1.0. Điều này phản ánh tốc độ mà tại đó Clo sẽ phân rã do những phản ứng trong khối dòng theo thời gian. Tốc độ này sẽ áp dụng cho tất cả các ống trong mạng lưới. Bạn có thể sửa trị số này cho các ống riêng rẽ nếu bạn cần. 3) Hãy nhấp vào bể nước và ấn định Initial Quality của nó bằng 1,0. Đây là nồng độ Clo liên tục đi vào mạng lưới. (Hãy ấn định chất lượng ban đầu trong đài bằng 0 nếu như bạn đã thay đổi nó.) Bây giờ hãy chạy ví dụ. Sử dụng các kiểm tra thời gian trên Map Browser để xem mức Clo thay đổi theo vị trí và thời gian như thế nào trên toàn bộ sự mô phỏng. Lưu rằng, đối với mạng lưới đơn giản này, chỉ có các mối nối 5, 6 và 7 nhìn thấy được mức Clo bị giảm xuống do được cung cấp bởi nước Clo nồng độ thấp từ đài nước. Hãy tạo ra một báo cáo phản ứng (reaction report) cho lần chạy này bằng cách chọn Report >> Reaction từ menu chính. Báo cáo này trông giống như hình 2.1. Nó cho thấy, trung bình lượng Clo thất thoát là bao nhiêu xảy ra trên các đường ống đối diện với đài. Thuật ngữ "khối" chỉ các phản ứng xảy ra trong khối dòng chảy chất lỏng, còn "thành" chỉ các phản ứng với vật liệu trên thành ống. Phản ứng sau bằng 0 vì chúng ta đã không định rõ bất cứ hệ số phản ứng thành nào trong ví dụ này.

Hình 2.11. Ví dụ báo cáo phản ứng (Reaction Report) Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

15

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Chúng ta mới chỉ chạm vào bề mặt của nhiều khả năng khác nhau mà EPANET cung cấp. Một số điều đặc trưng nữa của chương trình EPANET mà bạn phải tiếp tục tìm hiểu và nghiên cứu là: - Sửa đổi một thuộc tính cho một nhóm các đối tượng nằm bên trong một vùng xác định bởi người sử dụng. - Sử dụng các câu lệnh điều khiển để bố trí vận hành máy bơm đúng giờ trong ngày hoặc mức nước ở đài. - Khảo sát các chức năng bản đồ khác nhau, chẳng hạn như làm cho kích cỡ của nút liên quan tới giá trị. - Gắn một bản đồ nền (backdrop), chẳng hạn như bản đồ đường phố vào trong bản đồ mạng lưới. - Tạo ra nhiều loại biểu đồ khác nhau, chẳng hạn như các bản vẽ mặt cắt và các bản vẽ đường đồng mức. -

Thêm các số liệu định cỡ vào một Project và xem một báo cáo định cỡ.

-

Copy bản đồ, biểu đồ, hay một báo cáo vào clipboard hoặc vào một file.

- Lưu và lấy lại một kịch bản thiết kế (có nghĩa là các lưu lượng yêu cầu nút hiện tại, các giá trị độ nhám ống, v.v...).

CHƯƠNG 3.

MÔ HÌNH MẠNG LƯỚI

Phần này nói về cách mà EPANET mô hình hoá các đối tượng vật lý tạo thành hệ thống phân phối nước cũng như các thông số của nó. Các chi tiết về vấn đề làm thế nào để những thông tin này được nhập vào chương trình sẽ được giới thiệu trong các phần tiếp theo. Phần này cũng khái quát phương pháp tính toán mà EPANET sử dụng để mô phỏng quan hệ thuỷ lực và truyền chất.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

16

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 3.1. Các thành phần vật lý của mạng lưới (Physical Components) EPANET mô hình hoá hệ thống phân phối như là một tập hợp các đường nối được nối với các nút. Các đường nối miêu tả các ống, máy bơm, và van điều khiển. Các nút miêu tả các mối nối, đài nước và bể chứa. Hình dưới đây minh hoạ các đối tượng này được nối với nhau như thế nào để tạo thành một mạng lưới.

Hình 3.1. Các thành phần vật lý trong một hệ thống phân phối nước.

Các mối nối (Junctions) Mối nối là những điểm trong mạng lưới nơi các đường nối được nối lại với nhau và nơi nước đi vào hoặc đi ra khỏi mạng lưới. Các số liệu đầu vào cơ bản của mối nối là: - Độ cao trên một mức chuẩn nào đó (thường mức chuẩn là mực nước biển trung bình); -

Lưu lượng yêu cầu (lưu lượng nước lấy ra khỏi mạng);

-

Chất lượng nước ban đầu.

Các kết quả đầu ra được tính toán cho các mối nối trong mọi khoảng thời gian mô phỏng là: -

Cột nước (năng lượng trên một đơn vị trọng lượng chất lỏng);

-

Áp suất;

-

Chất lượng nước.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

17

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Các mối nối cũng có thể: -

Có lưu lượng yêu cầu thay đổi theo thời gian;

-

Có các mẫu hình khác nhau của lưu lượng yêu cầu gắn cho chúng;

-

Có các lưu lượng âm biểu thị nước đi vào mạng lưới;

-

Chứa các vòi phun (hoặc bình phun) cho lưu lượng chảy ra phụ thuộc vào áp lực.

Bể chứa (Reservoirs) Bể chứa là những nút biểu thị cho nguồn nước bên ngoài không xác định tới mạng lưới. Chúng được sử dụng để mô hình hoá cho những vật thể như: hồ, sông, các tầng ngậm nước ngầm và các mối liên hệ với các hệ thống khác. Các bể chứa cũng đóng vai trò như những điểm nguồn chất lượng nước. Các thuộc tính đầu vào ban đầu của bể chứa là cột nước của nó (bằng với độ cao mặt nước nếu bể chứa không có áp) và chất lượng ban đầu của nó cho việc phân tích chất lượng nước. Vì bể chứa là một điểm biên tới một mạng lưới, nên cột nước và chất lượng nước có thể không bị ảnh hưởng bởi những gì xảy ra bên trong mạng lưới. Do đó nó không có các thuộc tính đầu ra theo tính toán. Tuy nhiên cột nước của nó có thể thay đổi theo thời gian bằng cách ấn định cho nó một mẫu hình thời gian (xem các mẫu hình thời gian bên dưới). Đài nước (Tanks) Đài nước là các nút có khả năng trữ nước, nơi mà thể tích nước có thể thay đổi theo thời gian trong suốt quá trình mô phỏng. Các thuộc tính đầu vào của đài nước là: -

Độ cao đáy (nơi độ sâu nước bằng không);

-

Đường kính (hay hình dạng nếu không phải là hình trụ);

-

Mặc nước ban đầu, mực nước thấp nhất và mực nước cao nhất;

-

Chất lượng ban đầu.

Các đài nước đòi hỏi phải vận hành trong một phạm vi từ mức nước nhỏ nhất tới mực nước lớn nhất của chúng. EPANET ngưng dòng chảy ra nếu nước trong đài ở mực nhỏ nhất và ngưng dòng chảy vào nếu ở mức cao nhất. Các đài nước cũng đóng vai trò như là các điểm nguồn chất lượng nước. Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

18

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Đầu lấy nước (Emitters) Đầu lấy nước là các thiết bị kết hợp với mối nối mà có thể mô hình hoá dòng chảy qua một vòi hoặc lỗ xả ra không khí. Lưu lượng lấy ra từ đầu lấy nước biến đổi như là một hàm số của áp suất tại nút: q = C.pγ trong đó: q - lưu lượng; p - áp suất; C - hệ số lưu lượng; γ - số mũ của áp suất. Đối với các đầu vòi và lỗ thì lấy γ =0,5 và nhà sản xuất thường cung cấp trị số của hệ số lưu lượng (theo đơn vị gpm/psi0,5 hoặc lps/kpc0,5), biểu thị lưu lượng qua thiết bị ở áp suất có trị số 1 đơn vị. Đầu lấy nước được sử dụng để mô phỏng lưu lượng qua hệ thống vòi trong mạng lưới tưới nước. Chúng cũng có thể sử dụng để mô phỏng lỗ hở trong ống nối với nút (nếu hệ số lưu lượng và số mũ áp suất cho chỗ thủng hoặc chỗ nối có thể đánh giá được) hoặc tính lưu lượng chữa cháy tại nút đó (lưu lượng có thể tại vài điểm có áp suất dư nhỏ nhất). Trường hợp cuối cùng, đầu lấy nước sử dụng một giá trị lớn của hệ số lưu lượng (chẳng hạn 100 lần dòng chảy lớn nhất) và thay đổi cao trình nút để bao gồm cột nước tương đương của đích áp suất. EPANET xử lý đầu lấy nước như là một thuộc tính của mối nối và không phải là thành phần mạng riêng. Các ống (Pipes) Ống là đường nối có thể vận chuyển nước từ một điểm này tới một điểm khác trong mạng. EPANET cho rằng tất cả các đoạn ống đầy nước tại mọi thời gian. Hướng của dòng chảy là từ nơi có cột nước cao sang nơi có cột nước thấp. Các thông số thuỷ lực đầu vào chủ yếu cho các ống là: -

Nút đầu và nút cuối;

-

Đường kính ống;

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

19

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 - Chiều dài; -

Hệ số nhám (để tính toán tổn thất thuỷ lực);

-

Trạng thái (mở, đóng hoặc có van).

Các thông số về trạng thái cho phép ống hoàn toàn chứa van ngắt (van cửa), van một chiều (chỉ cho dòng chảy đi theo một chiều nhất định). Các thông số đầu vào chất lượng nước cho ống gồm: -

Hệ số phản ứng khối;

-

Hệ số phản ứng thành.

Các hệ số này sẽ được giải thích kỹ hơn ở phần sau. Kết quả tính toán cho các ống gồm: -

Lưu lượng;

-

Vận tốc;

-

Tổn thất cột nước;

-

Hệ số ma sát Darcy-Weisbach;

-

Hệ số phản ứng trung bình (trên chiều dài ống);

-

Chất lượng nước trung bình (trên chiều dài ống).

Tổn thất thuỷ lực do nước chảy trong ống phụ thuộc vào sự ma sát với thành ống có thể được tính toán bằng việc sử dụng một trong ba công thức: -

Công thức Hazen-Williams,

-

Công thức Darcy-Weisbach,

-

Công thức Chezy-Manning.

Công thức Hazen-Williams thường được sử dụng nhiều nhất ở Mỹ. Nó không được sử dụng cho các chất lỏng khác ngoài nước và ban đầu chỉ được sử dụng cho dòng chảy rối. Công thức Darcy-Weisbach là đúng nhất về mặt lý thuyết. Nó được áp dụng cho tất cả các chế độ dòng chảy và cho tất cả các chất lỏng.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

20

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Công thức Chezy-Manning được sử dụng phổ biến hơn cho dòng chảy trong kênh hở. Mỗi công thức đều sử dụng phương trình sau để tính tổn thất thuỷ lực giữa điểm đầu và điểm cuối của đoạn ống: hL = A.qB trong đó: hL - tổn thất cột nước; q - lưu lượng; A - hệ số sức cản; B - số mũ lưu lượng. Bảng 3.1 liệt kê các biểu thức cho hệ số sức cản A và giá trị số mũ lưu lượng B cho mỗi công thức tính tổn thất thuỷ lực. Mỗi công thức sử dụng một hệ số độ nhám khác nhau xác định bằng thực nghiệm.

Bảng 3.1. Các công thức tính tổn thất cột nước trong ống chảy đầy (tổn thất cột nước tính bằng ft và tốc độ dòng chảy tính bằng cfs) Công thức Hazen-Williams Darcy-Weisbach Chezy-Manning

Hệ số sức cản A -1,852

4,727 C

-4,871

d

-5

Số mũ lưu lượng B L

0,0252 f(e,d,q)d L 2

-5,33

4,66 n d

L

1,852 2 2

Chú ý : C - hệ số nhám Hazen-Williams ε - hệ số nhám Darcy-Weisbach (ft) f - hệ số ma sát (phụ thuộc vào e, d, và q) n - hệ số nhám Manning d - đường kính ống (ft) L - chiều dài ống (ft)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

21

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Bảng 3.2. Các hệ số nhám cho ống mới Hazen-Williams

Darcy-Weisbach

Manning's

C

e

n

(không thứ nguyên)

(millifeet)

(không thứ nguyên)

Gang đúc

130 - 140

0,85

0,012 - 0,015

Bê tông

120 -140

1,0 - 10

0,012 - 0,017

Sắt tráng kẽm

120

0,5

0,015 - 0,017

Nhựa

140 - 150

0,005

0,011 - 0,015

Thép

140 - 150

0,15

0,015 - 0,017

Gốm tráng men

110

Vật liệu làm ống

0,013 - 0,015

Các ống có thể được ấn định cho mở hay đóng tại các thời điểm định trước hoặc khi có một số điều kiện cụ thể định trước được thoả mãn, chẳng hạn khi mực nước trong đài tụt xuống hay vượt quá các mực nước định trước nào đó, hoặc khi các áp suất nút giảm xuống dưới hay vượt quá những giá trị nhất định. Hãy xem việc thảo luận về các nút kiểm soát trong phần 3.2.

Tổn thất cục bộ Tổn thất cục bộ (gọi là Local losses hoặc Minor head losses) được sinh ra do sự rối loạn dòng chảy xảy ra tại những chỗ uốn cong và nối ống. Tầm quan trọng của việc kể đến những tổn thất như vậy phụ thuộc và sự bố trí mạng lưới và độ chính xác đòi hỏi. Các tổn thất này có thể được tính bằng cách gán cho ống một hệ số tổn thất cục bộ. Tổn thất cục bộ sẽ là tích số của hệ số này với cột nước vận tốc trong ống:

h L = K.

v2 2g

trong đó: K - hệ số tổn thất cục bộ; v - vận tốc dòng chảy; Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

22

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 g - gia tốc trọng trường. Hệ số tổn thất cục bộ K được tra từ các bảng thuỷ lực, cũng có thể lấy theo đề nghị của EPANET như bảng 3.3 dưới đây:

Bảng 3.3. Hệ số tổn thất cục bộ Van cầu, mở hoàn toàn:

10,0

Van nghiêng, mở hoàn toàn:

5,0

Van đong đong đưa, mở hoàn toàn:

2,5

Van cổng, mở hoàn toàn:

0,2

Uốn cong, bán kính nhỏ:

0,9

Uốn cong, bán kính trung bình:

0,8

Uốn cong, bán kính trung lớn:

0,6

0

Uốn cong cong 45 :

0,4

Chỗ rẽ (đầu thẳng bịt):

2,2

Tê tiêu chuẩn, dòng chảy trên nhánh thẳng:

0,6

Tê tiêu chuẩn, dòng chảy trên nhánh rẽ:

1,8

Chỗ vào, cạnh vuông:

0,5

Chỗ ra:

1,0

Máy bơm Máy bơm là đường nối truyền năng lượng cho chất lỏng, qua đó nâng cột áp thuỷ lực lên. Các thông số đầu vào cơ bản của máy bơm là: nút đầu và nút cuối, đường đặc tính (tổ hợp của các lưu lượng và các cột nước mà máy bơm có thể cung cấp). Thay cho đường đặc tính, máy bơm có thể được miêu tả như một thiết bị năng lượng không đổi, một thiết bị cung cấp một năng lượng (mã lực hoặc kilowat) cho dòng chảy cho tất cả các kết hợp giữa lưu lượng và cột nước. Các thông số đầu ra cơ bản là lưu lượng và cột nước thu được. Dòng chảy qua bơm chỉ có một hướng duy nhất và EPANET không cho phép một máy bơm hoạt động ngoài Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

23

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 phạm vi đường đặc tính của nó. Máy bơm có tốc độ quay thay đổi được còn có thể được xem xét bằng cách định rõ rằng tốc độ của nó thay đổi trong cùng một loại các điều kiện. Theo định nghĩa đường đặc tính gốc của máy bơm mà ta cấp cho chương trình có tốc độ tương đối bằng 1. Nếu tốc độ của máy bơm gấp đôi thì giá trị tương đối sẽ là 2, nếu chạy với một nửa tốc độ thì giá trị tương đối của tốc độ sẽ là 0,5, v.v... Việc thay đổi tốc độ sẽ làm biến đổi đường đặc tính của máy bơm. Như đối với các ống, máy bơm có thể được bật và tắt vào những thời gian định trước hay theo một điều kiện nhất định tồn tại trong mạng lưới. Sự vận hành máy bơm cũng có thể được mô tả bằng cách ấn định cho nó một mẫu hình thời gian với những giá trị nhân tử là các tốc độ tương đối. EPANET cũng có thể tính được năng lượng tiêu thụ và chi phí cho việc bơm nước. Mỗi máy bơm có thể được ấn định một đường đặc tính hiệu suất và một chế độ giá điện. Nếu những thứ này không được cung cấp thì một tập hợp các lựa chọn năng lượng sẽ được sử dụng. Dòng chảy qua bơm là dòng chảy một chiều. Nếu điều kiện của hệ thống đòi hỏi cột nước bơm cao hơn khả năng của máy thì EPANET đóng máy bơm lại. Nếu lưu lượng yêu cầu lớn hơn lưu lượng của máy bơm thì EPANET ngoại suy đường đặc tính của máy bơm đến lưu lượng yêu cầu, thậm chí điều này sinh ra một cột nước âm. Trong cả hai trường hợp thì một thông điệp cảnh báo sẽ được đưa ra. Van (Valves) Van là những đường nối mà có thể khống chế áp suất hay lưu lượng tại một điểm nhất định trong mạng lưới. Các thông số đầu vào chính của van là: - Nút đầu và nút cuối; - Đường kính; - Thiết lập; - Trạng thái. Các giá trị đầu ra tính toán là lưu lượng và tổn thất cột nước. Các loại van khác nhau có ở trong EPANET là: - Van giảm áp

Pressure Reducing Valve (PRV)

- Van giữ áp

Pressure Sustaining Valve (PSV)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

24

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 - Van ngắt áp Pressure Breaker Valve (PBV) - Van kiểm soát lưu lượng

Flow Control Valve (FCV)

- Van kiểm soát tiết lưu

Throttle Control Valve (TCV)

- Van mục đích chung

General Purpose Valve (GPV).

Các van giảm áp (PRV) khống chế áp suất tại một điểm trong mạng lưới. EPANET tính toán là một PRV có thể ở một trong 3 trạng thái sau: - Mở một phần (có nghĩa là hoạt động) để đạt được một thiết lập áp suất đã định phía hạ lưu khi áp suất phía thượng lưu cao hơn áp suất đã định. -

Mở hoàn toàn nếu áp suất phía thượng lưu thấp hơn thiết lập đã định.

- Đóng hoàn toàn nếu áp suất phía hạ lưu vượt quá áp suất phía thượng lưu (nghĩa là dòng chảy ngược là không được phép). Các van giữ áp (PSV) duy trì một áp suất nhất định tại một điểm cụ thể trong mạng ống. EPANET tính toán là một PSV có thể ở một trong 3 trạng thái sau: - Mở một phần (hoạt động) để duy trì thiết lập áp suất của nó ở phía thượng lưu khi áp lực phía hạ lưu thấp hơn thiết lập này. -

Mở hoàn toàn nếu áp lực phía hạ lưu cao hơn thiết lập.

- Đóng hoàn toàn nếu áp suất phía hạ lưu vượt quá áp suất phía thương lưu (nghĩa là dòng chảy ngược là không được phép). Van ngắt áp (PBV) bắt buộc một tổn thất áp suất danh nghĩa xảy ra qua van. Dòng chảy qua van có thể ở hướng kia tới. PBV không phải là một thiết bị vật lý thực sự nhưng có thể được sử dụng để lập mô hình các tình huống mà ở đó một sự giảm áp suất cá biệt là có thực. Van kiểm soát lưu lượng (FCV) khống chế lưu lượng ở một giá trị danh nghĩa. Chương trình sẽ đưa ra một thông báo nếu lưu lượng này không thể duy trì được nếu không bổ sung thêm cột nước tại van (nghĩa là lưu lượng không thể duy trì được nay cả khi van mở hoàn toàn). Van kiểm soát tiết lưu (TCV) mô phỏng van đóng một phần bằng cách điều chỉnh hệ số tổn thất cục bộ của van. Nhà sản xuất van thường cung cấp cho chúng ta mối quan hệ giữa mức độ đóng van và hệ số tổn thất cục bộ. Van mục đích chung (GPV) đóng vai trò của một đường nối, nơi mà người sử dụng cung cấp một quan hệ đặc biệt giữa lưu lượng và tổn thất cột nước (Q~hL) thay cho Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

25

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 tuân theo một công thức thuỷ lực chuẩn. Van này được dùng để mô hình hoá turbines, van ngăn dòng chảy ngược. Van đóng mở (Shutoff, Gate) và van một chiều (không chảy ngược) dùng để mở hay đóng ống hoàn toàn ống. Van không được coi là các đường nối van riêng, mà thay vào đó nó bao gồm như một thuộc tính của ống nơi chúng được lắp. Mỗi loại van có một thông số thiết lập khác nhau mô tả điểm làm việc của nó (áp suất cho các van PRV, PSV, PBV; lưu lượng cho các van FCV; hệ số tổn thất cho các van TCV, và đường cong tổn thất cột nước cho các van GPV). Các van có thể bị tràn tình trạng kiểm soát khi ta ấn định cho chúng mở hoàn toàn hay đóng hoàn toàn. Trạng thái của van và thiết lập của chúng có thể thay đổi trong thời gian của sự mô phỏng bằng việc sử dụng các câu lệnh điều khiển. Do cách lập mô hình van mà các quy tắc sau đây được áp dụng khi thêm vào một mạng lưới: - Một PRV, PSV, FCV có thể được nối trực tiếp vào một bể chứa hay đài nước (sử dụng một chiều dài ống để tách hai cái ra). - Các PRV không thể cùng có một nút phía hạ lưu chúng hoặc đấu song song với nhau. - Hai PSV không thể cùng có một nút phía thượng lưu chúng hoặc đấu song song với nhau. -

Một PSV không thể được nối với nút hạ lưu của một PRV.

3.2. Các thành phần không vật lý (Non-Physical Components) Đường cong (Curve) Đường cong là các đối tượng có chứa các cặp số liệu về mối quan hệ giữa hai đại lượng. Hai hay nhiều đối tượng có thể cùng chia sẻ một đường cong. EPANET có thể sử dụng các loại đường cong sau: -

Đường cong máy bơm;

-

Đường cong hiệu suất;

-

Đường cong dung tích;

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

26

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 - Đường cong tổn thất cột nước. Đường cong máy bơm Đường cong máy bơm biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng và cột nước mà máy bơm tạo ra. Trục hoành biểu diễn lưu lượng, còn trục tung biểu diễn cột nước (H~Q). EPANET vẽ đường cong máy bơm theo số liệu nhập vào. Tuỳ theo tình hình cung cấp số liệu mà có các trường hợp xây dựng đường cong như sau: Nếu chỉ nhập 1 điểm A(Q0, H1), EPANET sẽ mặc định vẽ đường cong H~Q, lấy điểm nhập và làm điểm thiết kế của máy bơm, và tự kéo dài đường cong ra hai phía. EPANET tự bổ sung theo 2 điểm nữa: B(0; 133%H1) và C(2Q1; 0) rồi tự vẽ đường cong đi qua 3 điểm A, B, C này. Nếu nhập 3 điểm, EPANET có đủ cơ sở để vẽ đường cong theo lý thuyết theo hàm số dạng: H = a − b.Qc, trong đó a, b, c là các hằng số. Nếu nhập nhiều điểm (số điểm lớn hơn hoặc bằng 4 thì đường H~Q được vẽ có dạng gãy khúc nối liền các điểm. Khi số vòng quay của máy bơm thay đổi từ n1 thành n2 thì các mối quan hệ (được biết trong lý thuyết đồng dạng của máy bơm) là:

Q1 n 1 = Q2 n 2

H1 ⎛ n 1 ⎞ =⎜ ⎟ H 2 ⎜⎝ n 2 ⎟⎠

2

Nếu cho số vòng quay của máy bơm thay đổi thì ta có nhiều đường quan hệ H~Q. Đường ban đầu ứng với số vòng quay mặc định n1; các đường sau được suy ra theo các công thức đồng dạng trên.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

27

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

a) Đường cong bơm 1 điểm

b) Đường cong bơm 3 điểm

c) Đường cong bơm nhiều điểm

d) Đường cong bơm 1 điểm với nhiều số vòng quay

Hình 3.2. Ví dụ các đường cong máy bơm

Chúng ta nhìn thấy EPANET vẽ đường cong máy bơm trong các hộp thoại Curve Editor lấy ra từ cửa sổ Data Browser như các hình vẽ dưới đây.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

28

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Hình 3.3a. Đường cong bơm 1 điểm

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

29

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Hình 3.3b. Đường cong bơm 3 điểm

Hình 3.3c. Đường cong bơm nhiều điểm Đường cong hiệu suất máy bơm

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

30

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Hình 4.4. Đường cong hiệu suất máy bơm

Đường cong hiệu suất máy bơm là đường biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng và hiệu suất máy bơm: η~Q. Đường cong dung tích Là đường cong biểu diễn thể tích trữ nước theo mức nước V~z

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

31

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Hình 3.4. Đường cong dung tích đài nước

Đường cong tổn thất cột áp Đường này để biểu diễn tổn thất cột nước theo lưu lượng qua van mục đích chung (GPV). Các mẫu hình thời gian (Time Patterns)

Mẫu hình thời gian là tập hợp các nhân tử mà nó có thể được sử dụng cho một đại lượng để làm cho đại lượng đó thay đổi theo thời gian. Có thể có các mẫu hình thời gian cho: các nhu cầu nút, cột nước bể chứa, tốc độ quay của máy bơm, chất lượng nước nguồn đi vào mạng lưới,... Khoảng thời gian được sử dụng cho tất cả các mẫu hình là một giá trị cố định (ấn định trong Time Option). Trong mỗi khoảng thời gian, trị số của đại lượng giữ không đổi, bằng tích số của giá trị danh nghĩa và nhân tử. Các mẫu hình thời gian có thể có số khoảng thời gian khác nhau. Khi đồng hồ mô phỏng vượt quá số khoảng thời gian của một mẫu hình thì mẫu hình đó được quay lại (lặp lại) khoảng thời gian đầu tiên của nó. Lệnh điều khiển (Controle)

Lệnh điều khiển là những mệnh lệnh xác định mạng lưới hoạt động theo thời gian như thế nào. Chúng chỉ rõ trạng thái của một đường nối như là một hàm của thời gian, mực nước trong đài và áp suất tại một điểm bên trong mạng. Có hai loại điều khiển được sử dụng: - Lệnh điều khiển đơn (Simple Controls) Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

32

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 - Lệnh điều khiển có quy tắc (Rule-Based Controls) Lệnh điều khiển đơn Lệnh điều khiển đơn làm thay đổi trạng thái hay thiết lập của một đường nối dựa trên: - Mực nước trong một đài nước, - Áp lực tại một mối nối, - Thời gian mô phỏng, - Thời gian trong ngày. Chúng là những dòng lệnh được diễn tả như một trong ba dạng sau: LINK x status IF NODE y ABOVE/BELOW z LINK x status AT TIME t LINK x status AT CLOCKTIME c AM/PM trong đó: x - nhãn của nút; status - MỞ hay ĐÓNG (OPEN or CLOSED), hay một tốc độ (tương đối) của máy bơm, hay một thiết lập (setting) của van điều khiển; y - nhãn hiệu nút; z - một áp suất cho một mối nối hay một mức nước trong đài; t - một thời gian từ khi bắt đầu mô phỏng, tính bằng số giờ thập phân hay giờ:phút; c - một thời gian đồng hồ. Không giới hạn về số lượng lệnh điều khiển đơn có thể sử dụng. Chú ý: Việc sử dụng một cặp lệnh điều khiển đơn để kiểm soát áp lực để đóng mở một đường nối có thể làm cho hệ thống trở nên bất ổn nếu các thiết lập áp lực quá gần nhau. Trong trường hợp này việc sử dụng cặp lệnh điều khiển có quy tắc có thể giúp hệ thống ổn định hơn. Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

33

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Một số thí dụ về lệnh điều khiển đơn: Lệnh điều khiển

Ý nghĩa

LINK 12 CLOSED IF NODE 23 BELOW 20

(Đóng đường nối 12 khi mức nước trong đài (tính từ đáy đài) 23 vượt quá 20 ft.)

LINK 12 OPEN IF NODE 130 BELOW 30

(Mở đường nối 12 nếu áp suất tại nút 130 giảm xuống dưới 30 psi)

LINK 12 1.5 AT TIME 16

(Ấn định tốc độ tương đối của bơm 12 tới 1,5 tại 16 giờ vào mô phỏng)

LINK 12 CLOSED AT CLOCKTIME 10 AM (Đường nối 12 đóng tại 10 giờ sáng mỗi ngày, và mở tại 8 giờ chiều mỗi ngày trong suốt thời LINK 12 OPEN AT CLOCKTIME 8 PM gian mô phỏng)

Lệnh điều khiển có quy tắc Lệnh điều khiển có quy tắc cho phép các trạng thái nối và các thiết lập được dựa vào một tổ hợp của các điều kiện có thể tồn tại trong mạng sau khi trạng thái thuỷ lực ban đầu của hệ thống được tính toán. Sau đây là một số ví dụ về lệnh điều khiển có quy tắc: Ví dụ 1: Bộ quy tắc này đóng một máy bơm và mở một ống khi mức nước trong đài vượt quá một giá trị nhất định và làm ngược lại khi mức nước thấp hơn một giá trị khác: RULE 1 IF TANK 1 LEVEL ABOVE 19.1 Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

34

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 THEN PUMP 335 STATUS IS CLOSED AND PIPE 330 STATUS IS OPEN RULE 2 IF TANK 1 LEVEL BELOW 17.1 THEN PUMP 335 STATUS IS OPEN AND PIPE 330 STATUS IS CLOSED Ví dụ 2: Các quy tắc này làm thay đổi mức nước đài mà tại đó bơm bật lên tuỳ theo thời gian trong ngày: RULE 3 IF SYSTEM CLOCKTIME >= 8 AM AND SYSTEM CLOCKTIME < 6 PM AND TANK 1 LEVEL BELOW 12 THEN PUMP 335 STATUS IS OPEN RULE 4 IF SYSTEM CLOCKTIME >= 6 PM OR SYSTEM CLOCKTIME < 8 AM AND TANK 1 LEVEL BELOW 14 THEN PUMP 335 STATUS IS OPEN Bạn có thể tìm các dạng lệnh điều khiển có quy tắc ở phần Phụ lục C trong tài liệu hướng dẫn kèm theo EPANET, dưới tiêu đề [RULES].

3.3. Mô phỏng thuỷ lực (Hydraulic Simulation Model)

Mô hình mô phỏng thuỷ lực của EPANET tính toán các cột nước tại các mối nối và lưu lượng tại các đường nối cho một tập hợp các mức nước bể chứa, các mức nước đài, và các nhu cầu nước trong một chuỗi các thời điểm liên tiếp. Với mỗi bước thời gian, mực nước bể chứa và lưu lượng mối nối được cập nhật theo mẫu hình thời gian Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

35

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 định trước cho chúng, trong khi đó mực nước đài được cập nhật qua việc cân bằng lượng nước ra vào đài. Phép giải ra cột nước và lưu lượng tại các thời điểm liên quan đến việc giải đồng thời hệ phương trình bao gồm các phương trình cân bằng lưu lượng nút các phương trình về quan hệ tổn thất cột nước qua từng đường nối trong mạng. Công việc này này được biết như là "cân bằng thuỷ lực" mạng lưới, đòi hỏi sử dụng phương pháp lặp để giải một hệ các phương trình phi tuyến. Bước thời gian thuỷ lực được sử dụng cho mô phỏng thời đoạn dài có thể được ấn định bởi người sử dụng. Giá trị điển hình là 1 giờ. Các bước thời gian ngắn hơn bình thường sẽ tự động xuất hiện khi một trong các sự kiện sau xảy ra: - giai đoạn báo cáo đầu ra tiếp theo xảy ra; - mẫu hình thời gian tiếp theo xảy ra; - một đài trở nên cạn hoặc đầy; - một lệnh điều khiển đơn hoặc lệnh điều khiển có quy tắc được kích hoạt.

3.4. Mô hình mô phỏng chất lượng nước (Water Quality Simulation Model) Vận chuyển cơ bản (Basic Transport)

Mô hình mô phỏng chất lượng nước của EPANET sử dụng sự tiếp cận dựa trên thời gian để theo dõi sự diễn biến của các phân tố nước riêng rẽ khi chúng chuyển động theo ống và trộn với nhau tại các mối nối giữa các bước thời gian có độ dài cố định. Bước thời gian chất lượng nước thường nhỏ hơn nhiều so với bước thời gian thuỷ lực (ví dụ, phút thay cho giờ) để làm cho ăn khớp những khoảng thời gian ngắn của sự di chuyển chất xảy ra trong ống. Phương pháp này theo dõi nồng độ và kích thước của một loạt các đoạn nước không chồng lên nhau đổ vào mỗi đường nối trong mạng. Trong tiến trình thời gian, kích thước của đoạn nước gần đầu ống tăng lên khi nước đi vào ống, trong khi đó thì một lượng mất đi đúng bằng vậy ở phía cuối ống sẽ xảy ra vì nước rời khỏi ống. Kích thước của các đoạn nước giữa chúng giữ nguyên không đổi. Đối với mỗi bước thời gian chất lượng nước, các thành phần của mỗi phân đoạn nước phải chịu phản ứng, một lượng tích luỹ tổng khối lượng và thể tích dòng chảy vào mỗi nút được giữ, và vị trí của các phân đoạn nước được cập nhật. Sau đó, nồng mới của Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

36

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 nút được tính toán, bao gồm sự đóng góp từ bất từ một nguồn bên ngoài nào. Nồng độ đài chứa được cập nhật phụ thuộc vào loại mô hình trộn được áp dụng (xem ở dưới đây). Cuối cùng, một phân đoạn nước mới sẽ được tạo ra tại đầu mỗi ống nhận dòng chảy vào từ nút nếu chất lượng nút mới khác về dung sai định bởi người sử dung so với chất lượng của đoạn nước cuối của ống. Ban đầu mỗi ống trong mạng gồm một đoạn nước đơn mà chất lượng của nó bằng chất lượng ban đầu quy định cho nút thượng lưu. Mỗi khi có sự đảo dòng trong một ống thì các phân đoạn của ống được đổi trật tự ngược lại từ trước ra sau. Trộn trong đài chứa (Mixing in Storage Tanks)

EPANET có khả năng sử dụng 4 kiểu mô hình khác nhau để mô tả sự pha trộn trong các đài nước được minh hoạ như ở hình 3.5: - Trộn hoàn toàn - Trộn hai ngăn - Dòng chảy "vào trước ra trước" (FIFO Plug Flow ) - Dòng chảy "vào sau ra trước" (LIFO Plug Flow) Các mô hình trộn khác nhau có thể được sử dụng với những đài nước khác nhau trong một mạng lưới. Mô hình pha trộn hoàn toàn (hình 3.5 a) giả định rằng tất cả nước đi vào một đài được trộn một cách tức thời và hoàn toàn với nước đã có sẵn trong đài. Đây là hình thức trộn đơn giản nhất mà ta giả định, không đòi hỏi có thêm thông số để mô tả nó, và dường như được áp dụng khá tốt cho nhiều thiết bị vận hành theo kiểu "lấp đầy và hút". Mô hình pha trộn hai ngăn (hình 3.5 b) chia dung tích trữ hữu ích trong đài thành hai ngăn mà cả hai đều được giả định là pha trộn hoàn toàn. Ống vào và ống ra của đài được coi như là đặt ở ngăn thứ nhất. Nước mới đi vào đài trộn với nước ở ngăn thứ nhất. Nếu ngăn này đầy thì nó gửi dòng chảy vượt của nó sang ngăn thứ hai nơi mà nó pha trộn hoàn toàn với nước sẵn có trong đó. Khi nước rời khỏi đài, nó ra từ ngăn thứ nhất đã đầy, nhận một lượng nước tương đương từ ngăn thứ hai để hình thành sự khác nhau. Ngăn thứ nhất có khả năng cho sự chập mạch mô phỏng giữa dòng chảy vào và dòng chảy ra, trong khi ngăn thứ hai có thể coi như các vùng chết. Người sử dụng phải cung cấp một thông số đơn giản, đó là phần của tổng dung tích đài dành cho ngăn đầu tiên.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

37

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Mô hình dòng chảy FIFO Plug (hình 3.5c) cho rằng không có sự pha trộn nước nào cả trong thời gian lưu trú của nước trong đài. Các phân tố nước chuyển động qua đài theo kiểu cách ly, nơi mà phân tố thứ nhất đi vào cũng là phân tố thứ nhất đi ra. Một cách tự nhiên, mô hình này phù hợp nhất cho đài vách ngăn hoạt động với dòng chảy vào và dòng chảy ra đồng thời. Không cần thêm thông số nào để mô tả hình thức pha trộn này. Mô hình dòng chảy LIFO Plug (hình 3.5 d) cũng cho rằng không có sự pha trộn giữa các phân tố nước đi vào đài. Tuy nhiên, trái với dòng chảy FIFO Plug, các phân tố nước chồng lớp nọ lên lớp kia, nơi nước đi vào và rời khỏi đài ở đáy. Kiểu trộn này có thể áp dụng cho tháp nước cao, hẹp với ống vào và ống ra ở đáy và dòng chảy vào xung lượng thấp. Kiểu trộn này không cần cấp thêm thông số nào cả.

a) Trộn hoàn toàn

b) Trộn hai ngăn

c) Lưu lượng FIFO Plug

d) Lưu lượng LIFO Plug

Hình 3.5. Mô hình pha trộn đài nước Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

38

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Các phản ứng chất lượng nước (Water Quality Reactions)

EPANET có thể theo dõi sự phát triển hay phân rã của một chất bởi phản ứng của nó khi đi qua hệ thống phân phối nước. Để làm được điều này, nó cần biết tốc độ mà tại đó chất đó phản ứng, và tốc độ này phụ thuộc vào nồng độ của chất đó như thế nào. Các phản ứng có thể xảy ra trong khối dòng và với vật liệu dọc theo thành ống. Điều này được mô tả ở hình 3.6. Trong ví dụ này Clo tự do (HOCl) chỉ ra phản ứng với chất hữu cơ tự nhiên (NOM) trong giai đoạn khối và cũng được vận chuyển qua một lớp biên ở thành ống để ô xi hoá sắt (Fe) giải phóng ra từ sự ăn mòn thành ống. Các phản ứng khối chất lỏng cũng có thể xảy ra với các đài nước. EPANET cho phép người lập mô hình xử lý hai vùng phản ứng này một cách riêng rẽ.

Hình 3.6. Các vùng phản ứng bên trong một ống

Phản ứng khối (Bulk Reactions) EPANET mô phỏng các phản ứng xảy ra trong dòng khối với động học bậc thứ n, nơi mà tốc độ phản ứng tức thời R (tính bằng khối lượng/thể tích/thời gian) được giả định là phụ thuộc vào nồng độ theo công thức: R = KbCn trong đó: Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

39

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Kb - hệ số tốc độ phản ứng khối; C - nồng độ chất phản ứng (khối lượng/thể tích); n - số bậc phản ứng. Kb có đơn vị của nồng độ được nâng lên luỹ thừa (1−n) chia cho thời gian. Nó dương đối với phản ứng gia tăng và âm đối với phản ứng phân rã. EPANET cũng có thể xem xét các phản ứng mà ở đó một nồng độ giới hạn tồn tại trên sự gia tăng hay thất thoát hết mức của chất. Trong trường hợp này biểu thức tốc độ trở thành: R= Kb(CL−C)C(n-1)

với n>0, Kb>0

R= Kb(C−CL)C(n-1)

với n>0, Kb0, n=1

Trihalomethanes

Động học bậc không

CL=0, Kb0, n=0

Tuổi của nước

Không phản ứng

CL=0, Kb=0

Chất đánh dấu Fluoride

Kb cho các phản ứng bậc nhất có thể được ước tính bằng cách đặt một mẫu nước trong một loạt chai thuỷ tinh không phản ứng và phân tích thành phần của mỗi chai tại các thời điểm khác nhau. Nếu phản ứng là bậc nhất thì khi vẽ loga tự nhiên (Ct/C0) theo thời gian sẽ dẫn đến một đường thẳng, trong đó Ct là nồng độ tại thời điểm t và C0 là nồng độ tại thời điểm t=0. Kb khi đó được tính như là độ dốc của đường này. Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

40

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Các hệ số phản ứng khối thường tăng khi nhiệt độ tăng. Tiến hành các thí nghiệm với nhiều chai tại các nhiệt độ khác nhau sẽ đưa ra sự đánh giá chính xác hơn về hệ số tốc độ khác nhau như thế nào theo nhiệt độ. Phản ứng thành (Wall Reactions)

Tố độ của phản ứng chất lượng nước xảy ra tại hay gần thành ống có thể được coi là phụ thuộc nồng độ trong lưu lượng khối bằng cách sử dụng biểu thức có dạng: R = (A/V)KwCn trong đó: Kw - hệ số tốc độ phản ứng thành; (A/V) - diện tích bề mặt trên thể tích đơn vị trong một ống (bằng đường kính ống chia cho 4). Giá trị sau chuyển khối lượng phản ứng trên đơn vị diện tích thành ống sang trên thể tích trên thể tích đơn vị. EPANET giới hạn sự lựa chọn của bậc phản ứng thành tới 0 hoặc 1, sao cho các đơn vị của Kw là khối lượng/diện tích/thời gian hay chiều dài/thời gian, theo thứ tự định sẵn. Cung như đối với Kb, Kw cần phải được nhập vào chương trình bởi người lập mô hình. Các giá trị Kw bậc nhất có thể nằm trong khoảng từ 0 cho tới cao nhất là 5 ft/ngày. Kw được điều chỉnh lại để tính toán cho bất cứ giới hạn chuyển đổi khối lượng nào trong vận chuyển chất và sản phẩm giữa khối dòng và thành ống. EPANET làm điều này một cách tự động, dựa vào sự điều chỉnh độ khuyết tán phân tử của chất được mô hình hoá và dựa vào số Reynolds của dòng chảy. Hãy xem cụ thể ở Phụ lục D. (Bỏ qua hiệu ứng chuyển khối lượng do việc ấn định độ khuyếch tán phân tử bằng 0). Hệ số phản ứng thành có thể phụ thuộc vào nhiệt độ và cũng có thể tương quan với tuổi của ống và vật liệu. Dễ dàng nhận thất rằng, theo tuổi của các ống kim loại thì độ nhám của chúng có xu hướng tăng bởi vì sự đóng cặn và lớp sần sùi của chất bị ăn mòn trên thành ống. Sự tăng độ nhám này tạo ra một hệ số C (Hazen-Williams) thấp hơn hay độ nhám n (Darcy-Weisbach) cao hơn, dẫn đến tổn thất cột nước ma sát của dòng chảy trong ống cao hơn. Có một vài dẫn chứng cho thấy rằng cùng một quá trình mà sự tăng độ nhám của ống theo thời gian cũng có xu thế làm tăng độ phản ứng của nó với một số loại chất, đặc Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

41

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 biệt là Clo và các chất khử trùng khác. EPANET có thể làm cho Kw của mối ống là một hàm của hệ số biểu thị độ nhám của ống. Một hàm khác áp dụng sự phụ thuộc vào công thức được sử dụng để tính toán tổn thất cột nước qua ống là:

Headloss Formula

Wall Reaction Formula

Hazen-Williams

Kw = F / C

Darcy-Weisbach

Kw = − F / log(e/d)

Chezy-Manning

Kw = F / n

trong đó: C - hệ số C Hazen-Williams, e - độ nhám Darcy-Weisbach, d - đường kính ống, n - độ nhám Manning, F - hệ số phản ứng thành - độ nhám ống. Hệ số F phải được phát triển từ các phép đo hiện trường của vùng đặc trưng và sẽ có một ý nghĩa khác tuỳ thuộc vào phương trình tổn thất cột nước được sử dụng. Ưu điểm của việc sử dụng phương pháp này là chỉ đòi hỏi một thông số (F), cho phép các hệ số phản ứng thành thay đổi trên trên toàn mạng lưới theo một cách có ý nghĩa vật lý. Theo dõi tuổi nước và theo dõi nguồn nước (Water Age and Source Tracing)

Ngoài việc vận chuyển hoá chất, EPANET cũng mô hình hoá sự thay đổi tuổi nước trên toàn hệ thống phân phối. Tuổi của nước là thời gian mà một phân tố nước trong mạng lưới trải qua. Nước mới từ các bể chứa hoặc các nút nguồn đi vào mạng với tuổi bằng không. Tuổi nước cho một tiêu chuẩn đánh giá đơn giản, không đặc trưng về chất lượng tổng thể của nước uống được cung cấp. Bên trong, EPANET xử lý tuổi nước như là một thành phần phản ứng mà sự lớn lên của nó tuân theo một động học bậc 0 với tốc độ không đổi bằng 1 (nghĩa là mỗi một giây nước trở nên cũ đi một giây). EPANET cũng có khả năng thể hiện sự theo dõi nguồn nước. Theo dõi nguồn theo dõi theo thời gian bao nhiêu phần trăm của nước đi đến bất cứ nút nào trong mạng có nguồn gốc từ một nút cụ thể. Nút nguồn có thể là bất cứ nút nào trong mạng bao gồm cả bể chứa hoặc đài nước. Bên trong, EPANET xử lý nút này như một nguồn không đổi của một thành phần không phản ứng đi vào mạng lưới với nồng độ bằng 100. Theo Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

42

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 dõi nguồn là một công cụ hữu ích để phân tích các hệ thống phân phối nước lấy từ hai hoặc nhiều hơn nguồn cung cấp nước thô. Nó có thể cho biết tới một mức độ nào nước từ một nguồn cho trước hòa trộn với nước từ các nguồn khác, và mẫu không gian của sự pha trộn thay đổi theo thời gian như thế nào.

CHƯƠNG 4.

KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦA EPANET

4.1. Khái quát Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

43

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Không gian làm việc của EPANET cơ bản được trình bày như ở hình dưới đây: Menu Bar

Standart Toolbars

Status Bar

Network Map

Map Toolbars

Property Editor

Browser

4.2. Thanh Menu

Gồm có các menu sau: -

Menu File

-

Menu Edit

-

Menu View

-

Menu Report

-

Menu Window

-

Menu Help

4.3. Các thanh công cụ Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

44

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Các thanh công cụ cung cấp những lối tắt cho các chức năng thường được sử dụng. Có hai thanh công cụ: -

Standart Toolbar

-

Map Toolbar

Standart Toolbar Mở một Project mới (File >> New) Mở một Project đang có (File >> Open) Lưu Project hiện tại (File >> Save) In một của sổ hiện hành (File >> Print) Copy lựa chọn và clipboard hoặc vào một file (Edit >> Copy To) Xoá một mục đang chọn Tìm một mục (đối tượng) trên bản đồ (View >> Find) Chạy mô phỏng (Project >> Run Analysis) Chạy một truy vấn hiển thị trên bản đồ (View >> Query) Tạo một đồ thị mới để xem kết quả (Report >> Graph) Tạo một bảng mới để xem kết quả (Report >> Table) Sửa chữa các lựa chọn cho kết quả đang xem (View >> Options or Report >> Options) Map Toolbar Chọn một đối tượng trên bản đồ (Edit >> Select Object) Chọn các đỉnh của đường nối gấp khúc (Edit >> Select Vertex) Chon một vùng trên bản đồ (Edit >> Select Region) Di chuyển bản đồ (View >> Pan) Phóng to bản đồ (View >> Zoom In) Thu nhỏ bản đồ (View >> Zoom Out) Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

45

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Xem bản đồ với phạm vi toàn bộ (View >> Full Extent) Thêm một mối nối lên bản đồ Thêm bể chứa lên bản đồ Thêm một đài nước lên bản đồ Thêm một ống lên bản đồ Thêm một máy bơm lên bản đồ Thêm một van lên bản đồ Thêm một nhãn lên bản đồ 4.4. Thanh trạng thái

Thanh này nằm ở bên dưới, phía trái của màn hình, có các chức năng thể hiện trạng thái của Project như sau: -

Tự động đo chiều dài (bật hoặc tắt) (Auto-Length)

-

Biểu thị đơn vị lưu lượng (Flow Units)

-

Mức độ phóng của bản đồ (Zoom Level)

-

Chạy mô phỏng (Run)

-

Toạ độ của con trỏ trên bản đồ (XY Location)

4.5. Bản đồ mạng lưới

Đây là không gian lớn nhất trên màn hình, thể hiện sơ đồ mạng lưới, ngoài ra tuỳ theo việc lựa chon, trên bản đồ còn có thể nhìn thất các nhãn nhận dang của các đối tượng, các giá trị biểu thị các thuộc tính của các đối tượng .

4.6. Data Browser

Đây là một cửa sổ hết sức quan trọng, được truy xuất từ Bảng Data trên của sổ Browser. Nó cho phép truy cập nhiều đối tượng khác nhau theo loại: Mối nối (Junctions) Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

46

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Bể (Reservoirs) Bể điều tiết (Tanks) Ống (Pipes) Bơm (Pumps) Van (Valves) Nhãn của bản đồ (Labels) Mẫu hình thời gian (Patterns) Đường cong (Curves) Lệnh điều khiển (Controls) Lệnh đơn (Simple) Lệnh có quy tắc (Rule-Based) Tuỳ chọn (Option) Thuỷ lực (Hydraulics)

Hình 4.1. Cửa số Map Browser

Chất lượng (Quanlity) Phản ứng (Reactions) Thời gian (Times) Năng lượng (Energy) (Các thuộc tính của mối tuỳ chọ này được thể hiện trong các hình vẽ 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 và 4.6 dưới đây)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

47

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Hình 4.2. Cửa sổ Data Browser >> Option >> Hydraulic

Hình 4.3. Cửa sổ Data Browser >> Option >> Quanlity

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

48

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Hình 4.4. Cửa sổ Data Browser >> Option >> Reaction

Hình 4.5. Cửa sổ Data Browser >> Option >> Quanlity Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

49

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Hình 4.6. Cửa sổ Data Browser >> Option >> Energy

4.7. Map Browser

Map Browser được truy xuất từ tab Map của cửa sổ Data Browser. Nó được kích hoạt để xem bản đồ mã màu của mạng lưới cùng các thông số của các thành phần của mạng. Nó cũng chứa những điều khiển để kích hoạt bản đồ theo thời gian.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

50

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Hình 4.1. Cửa sổ Map Browser

4.8. Property Editor

Property Editor được sử dụng để sửa đổi các thuộc tích các mối nối, đường nối, nhãn và lựa chọn phân tích, ... Nó được hiện ra khi một trong những đối tượng trên mạng lưới được chọn (trên bản đồ với nút phải chuột, trong Data Browser, hay nhấp đúp chuột). Mỗi loại đối tượng có một Property Editor riêng cho mình.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

51

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

CHƯƠNG 5.

LÀM VIỆC VỚI CÁC PROJECT

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

52

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Trong chương này, cần lưu ý các chức năng sau: 5.1. Mở và lưu các tập tin (Opening and Saving Project Files) 5.2. Các giá trị mặc định (Projects Defaults) 5.3. Các dữ liệu định cỡ (Calibration Data) 5.4. Tóm tắt một dự án (Project Summary)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

53

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

CHƯƠNG 6. 6.1.

LÀM VIỆC VỚI CÁC ĐỐI TƯỢNG

Các loại đối tượng

- Nút (Nodes) Mối nối (Junctions) Bể chứa (Reservoirs) Bể điều tiết (Tanks) - Đường nối (Links) Ống (Pipes) Bơm (Pumps) Van (Valves) - Nhãn của bản đồ (Map Labels) - Biểu đồ theo thời gian (Time Patterns) - Đường cong (Curves) - Lệnh điều khiển (Controls) Lệnh đơn (Simple) Lệnh có quy tắc (Rule-Based) 6.2.

Thêm đối tượng

6.3.

Chọn đối tượng Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

54

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 6.4.

Soạn thảo các đối tượng nhìn thấy trên bản đồ

Bảng 6.1. Các thuộc tính Mối nối (Junction Properties) Thuộc tính

Mô tả

Junction ID

Một nhãn độc nhất được sử dụng để nhận mối nối. Nó có thể bao gồm một tập hợp tối đa đến 15 số hay kí tự. Nó không thể giống như ID cho bất cứ nút nào khác. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

X-Coordinate

Hoành độ của mối nối trên bản đồ, đo bằng đơn vị khoảng cách trên bản đồ. Nếu bỏ trống, mối nối sẽ không xuất hiện trên bản đồ mạng.

Y-Coordinate

Tung độ của mối nối trên bản đồ, đo bằng đơn vị khoảng cách trên bản đồ. Nếu bỏ trống, mối nối sẽ không xuất hiện trên bản đồ mạng.

Deserription

Một chuỗi văn bản tuỳ ý để mô tả các thông tin khác về mối nối.

Tag

Một chuỗi văn bản tuỳ ý (không chứa dấu cách) được sử dụng để gán mối nối vào một nhóm nào đó, chẳng hạn như một vùng áp suất.

Elevation

Cao trình mối nối tính bằng ft (mét) so với một mặt chuẩn nào đó. Đây là một thuộc tính bắt buộc. Cao trình được sử dụng chỉ để tính toán áp suất tại mối nối. Nó không ảnh hưởng tới bất kỳ đại lượng tính toán nào khác.

Base Demand

Nhu cầu nước trung bình hay danh nghĩa tại mối nối, được đo bằng các đơn vị lưu lượng. một giá trị âm được dùng để chỉ nguồn nước từ bên ngoài cung cấp cho mạng qua mối nối. Nếu bỏ trống thì nhu cầu sẽ được hiểu là bằng không.

Demand Pattern Nhãn nhận dang (ID label) của mẫu hình thời gian được, dùng để biểu thị thuộc tính về sự thay đổi theo thời gian của nhu cầu nước tại mối nối. Mẫu hình thời gian đưa ra các nhân tử dùng cho Base Demand để xác định nhu cầu thực tế trong khoảng thời gian đã biết. Nếu bỏ trống thì Default Time Pattern gán trong Hydraulic Options sẽ được dùng (xem phần 8.1). Demand Categories

Số loại nhóm tiêu thụ nước khác nhau được xác định cho mối nối (mỗi nút có thể có nhiều nhóm tiêu thụ nước khác nhau với các số Time Pattern khác nhau). Nhấp nút ... (hay gõ phím Enter) để đưa ra một Demands Editor đặc biệt mà sẽ cho bạn gán các nhu cầu cơ bản và mẫu hình thời gian cho nhiều nhóm sử dụng nước tại mối nối. Bỏ qua việc này nếu tại mối nối chỉ

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

55

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 một nhóm tiêu thụ nước. Emitter Coefficient

Hệ số lưu lương của (mũi phun hay vòi) được đặt tại mối nối. Hệ số này biểu diễn lưu lượng xảy ra khi có một lượng sụt áp suất bằng 1 psi (hay 1 mét). Bỏ trống nếu không có mặt đầu lấy nước nào tại mối nối. Xem thêm phần 3.1 để biết thêm chi tiết.

Initial Quality

Mức độ chất lượng nước ban đầu của mối nối tại thời điểm bắt đầu mô phỏng. Có thể để trống nếu không có sự phân tích chất lượng nước nào đang được thực hiện hay mức độ chất lượng nước ban đầu bằng không.

Source Quality

Chất lượng của bất cứ nguồn nước nào đi vào mạng lưới tại mối nối đó. Nhấp nút ... (hay gõ phím Enter) để hiện ra Source Quality Editor (xem phần 6.5 dưới đây).

Bảng 6.2. Các thuộc tính Bể chứa (Reservoir Properties) Thuộc tính

Mô tả

Reservoir ID

Một nhãn duy nhất được dùng để nhận biết bể chứa. Nó có thể bao gồm một tập hợp tối đa đến 15 số hay kí tự. Nó không thể giống với ID của bất cứ nút nào khác. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

X-Coordinate

Hoành độ của bể chứa trên bản đồ, đo bằng đơn vị khoảng cách trên bản đồ. Nếu bỏ trống, bể chứa sẽ không xuất hiện trên bản đồ.

Y-Coordinate

Tung độ của bể chứa trên bản đồ, đo bằng đơn vị khoảng cách trên bản đồ. Nếu bỏ trống, bể chứa sẽ không xuất hiện trên bản đồ.

Description

Một chuỗi văn bản tuỳ ý mô tả các thông tin có ý nghĩa khác về bể chứa.

Tag

Một chuỗi văn bản tuỳ ý (không có dấu cách) được sử dụng để gán bể chứa vào một loại, chẳng hạn như một vùng áp suất.

Total Head

Cột nước (cao trình + cột nước áp suất) của nước trong bể chứa tính bằng ft (mét). Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Head pattern

Nhãn nhận dạng (ID label) của mẫu hình thời gian dùng để lập mô hình sự thay đổi theo thời gian của cột nước trong bể chứa. Bỏ trống nếu không có gì được sử dụng (tức là mực nước trong bể không thay đổi theo thời gian). Thuộc tính này có ích nếu bể chứa được dùng để biểu diễn sự kết nối với một hệ thống khác mà áp suất tại điểm kết nối thay đổi theo thời gian.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

56

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Initial Quality Mức độ chất lượng nước ban đầu tại bể chứa. Có thể bỏ trống nếu không sự phân tích chất lượng nước nào đang được thực hiện, hay nếu mức độ chất lượng nước ban đầu bằng không. Source Quality

Chất lượng của bất kỳ nguồn nước nào đi vào mạng lưới tại vị trí này. Nhấp nút ... (hoặc gõ phím Enter) để làm xuất hiện Source Quality Editor (xem phần 6.5 dưới đây).

Bảng 6.3. Các thuộc tính Đài nước (Tank Properties) Thuộc tính

Mô tả

Tank ID

Một nhãn duy nhất được dùng để nhận biết đài nước. Nó có thể bao gồm một tập hợp tối đa đến 15 kí tự. Nó không thể giống với ID cho bất cứ nút nào khác. Đây là một thuộc tính bắt bắt buộc.

X-Coordinate

Hoành độ của đài nước trên bản đồ, đo bằng đơn vị khoảng cách của bản đồ. Nếu bỏ trống thì đài nước sẽ không xuất hiện trên bản đồ mạng lưới.

Y-Coordinate

Tung độ của đài nước trên bản đồ, đo bằng đơn vị khoảng cách của bản đồ. Nếu bỏ trống thì đài nước sẽ không xuất hiện trên bản đồ mạng lưới.

Description

Chuỗi văn bản tuỳ ý mô tả các thông tin khác về đài nước.

Tag

Chuỗi văn bản tuỳ ý (không có dấu trống) được sử dụng để gán đài nước vào một loại, chẳng hạn như một vùng áp suất.

Elevation

Cao trình đáy so với mặt chuẩn, tính bằng ft (mét) của đáy đài nước. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Intial Level

Độ sâu của nước trong đài nước, tính từ đáy đài đến mặt nước tại thời điểm bắt đầu mô phỏng. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Minimun Level

Độ sâu tối thiểu của nước trong đài, tính từ đáy đài đến mặt nước, sẽ được duy trì. Nước trong đài không được phép hạ xuống dưới mức này. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Maximun Level

Độ sâu tối đa của nước trong đài, tính từ đáy đài đến mặt nước, sẽ được duy trì. Nước trong đài không được phép dâng cao quá mức này. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Diameter

Đường kính của đài nước tính bằng ft (mét). Đối với các đài nước hình trụ đây là đường kính thật. Đối với các đài nước hình vuông hay chữ nhật nó là một đường kính tương. Đối với các đài nước mà dang hình học được mô tả bằng một đường cong (xem bên dưới) thì đường kính có thể được gán giá trị bất kỳ.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

57

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Đây là một thuộc tính bắt buộc. Minimun volume

Dung tích nước trong đài tính bằng ft khối (mét khối) khi đài ở mực nước tối thiểu. Đây là một thuộc tính tự chọn, có ích chủ yếu trong việc mô tả đặc tính hình học đáy của các đài nước phi lăng trụ mà ở đó đường cong đầy đủ về dung tích theo độ sâu không được cung cấp (xem bên dưới).

Mixing Model

Kiểu pha trộn chất lượng nước xảy ra trong đài. Các tuỳ chọn bao gồm: MIXED (pha trộn hoàn toàn) 2COMP (pha trộn 2 ngăn) FIFO (dòng chảy dạng nút vào-trước-ra-trước) LIFO (dòng chảy dạng nút vào-sau-ra-trước) Xem thêm thông tin về Mixing Models ở phần 3.4

Mixing Fraction

Tỷ lệ của tổng dung tích của đài nước bao gồm các ngăn vào ra của mô hình pha trộn 2 ngăn (2COMP). Có thể bỏ trống nếu không có loại mô hình pha trộn nào khác được áp dụng.

Reaction Coeffcient

Hệ số phản ứng khối cho các phản ứng hoá học trong đài nước. Các đơn vị là 1/ngày. Dùng giá trị dương cho các phản ứng tăng trưởng và một giá trị âm cho các phản ứng phân rã. Bỏ trống nếu hệ số phản ứng Global Bulk được chỉ định trong Reactions Options của project có hiệu lực. Xem thêm thông tin trong Quality Reactions ở phần 3.4.

Intial Quality

Mức độ chất lượng nước trong đài khi bắt đầu mô phỏng. Có thể bỏ trống nếu không có sự phân tích chất lượng nước nào đang được thực hiện, hoặc nếu mức độ chất lượng nước ban đầu bằng không.

Source Quality

Chất lượng của bất cứ lượng nước nào đi vào mạng lưới tại vị trí này. Nhấp nút ... (hoặc gõ phím Enter) để làm xuất hiện Source Quality Editor (xem phần 6.5 bên dưới).

Bảng 6.4. Các thuộc tính Ống (Pipe Properties) Thuộc tính

Mô tả

Pipe ID

Một nhãn duy nhất được sử dụng để nhận biết ống. Nó có thể bao gồm một tổ hợp tối đa đến 15 số hay kí tự. Nó không thể giống với ID như bất cứ đường nối nào khác. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

58

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Start Node Nhãn nhận dạng của nút đầu ống. Đây là một thuộc tính bắt buộc. End Node

Nhãn ID của nút cuối ống. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Description

Một chuỗi văn bản tuỳ ý mô tả các thông tin có nghĩa khác về ống.

Tag

Một chuỗi văn bản tuỳ ý (không có dấu trống) dùng để gán ống vào một loại, dựa trên tuổi hay vật liệu.

Lengh

Chiều dài thực tế của ống tính bằng ft (mét). Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Diameter

Đường kính của ống tính bằng in (mm). Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Roughness

Hệ số độ nhám của ống. Không có đơn vị đối với độ nhám Hazen- Williams hay Chezy-Manning và có đơn vị tính bằng mm đối với độ nhám Darcy-Weisbach. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Loss Coeff

Hệ số tổn thất cục bộ không có thứ nguyên cho các cút cong, phụ tùng v.v… Được giả định bằng không nếu bỏ trống.

Intial Status

Xác định là ống ban đầu được mở, đóng, hay chứa van một chiều. Nếu van một chiều được định rõ thì hướng dòng chảy trong ống sẽ luôn luôn là từ nút đầu tới nút cuối.

Bulk Coefficient Hệ số phản ứng khối cho ống. Đơn vị là 1/ngày. Dùng giá trị dương cho phản ứng tăng trưởng và giá trị âm cho phản ứng phân rã. Bỏ trống nếu hệ số phản ứng khối từ Reactions Options của project sẽ được áp dụng. Xem thêm thông tin trong Water Quality Reactions trong phần 3.4. Wall Coeffcient

Hệ số phản ứng thành cho ống. Đơn vị là 1/ngày. Dùng một giá trị dương cho phản ứng tăng trưởng và một giá trị âm cho phản ứng phân rã. Bỏ trống nếu hệ số phản ứng thành từ Reactions Options của project sẽ được áp dụng. Xem thêm thông tin trong Water Quality Reactions trong phần 3.4.

Chú ý: Chiều dài ống có thể được tính tự động khi các ống được thêm vào hay thay đổi vị trí trên bản đồ mạng lưới nếu thiết lập Auto-Length được bật lên. Muốn bật/tắt giá trị này: - Chọn Project >>Defaults và sửa vùng Auto-Length trong trang Properties của hộp thoại Defaults. - Nhấp phải trên phần Auto-Length của Status Bar và sau đó nhấp lên mục menu xuất hiện trên màn hình. Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

59

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Hãy đảm bảo việc cung cấp những kích thức có nghĩa cho bản đồ mạng lưới trước khi sử dụng thuộc tính Auto-Length (xem phần 7.2).

Bảng 6.5. Các thuộc tính Máy bơm (Pump Properties) Thuộc tính

Mô tả

Pump ID

Một nhãn duy nhất được sử dụng để nhận biết máy bơm. Nó có thể gồm một tổ hợp tối đa đến 15 số hay kí tự. Nó không thể giống ID của bất cứ đường nối nào khác. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Start Node

Nhãn nhận dạng của nút ở phía hút của máy bơm. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

End Node

Nhãn nhận dạng của nút ở phía xả của máy bơm. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Description

Một chuỗi văn bản tuỳ ý mô tả các thông tin có nghĩa khác về máy bơm.

Tag

Một chuỗi văn bản tuỳ ý (không có dấu trống) dùng để gán máy bơm vào một nhóm, dựa trên tuổi, kích cỡ hay vị trí.

Pump Curve

Nhãn nhận dạng (ID label) của đường đặc tính bơm, dùng để mô tả quan hệ giữa cột nước tạo ra bởi máy bơm và lưu lượng qua máy. Bỏ trống nếu máy bơm là loại có công suất không đổi (xem bên dưới).

Power

Công suất do máy bơm cung cấp, tính bằng mã lực (kw), với giả thiết là máy bơm cung cấp một công suất không đổi bất kể lưu lượng qua máy bằng bao nhiêu. Bỏ trống nếu dùng đường đặc tính của máy bơm. Dùng khi thông tin về đường đặc tính máy bơm không sẵn có.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

60

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Speed Giá trị tốc độ quay tương đối của máy bơm (không thứ nguyên). Ví dụ, một giá trị tốc độ bằng 1,2 ngụ ý rằng tốc độ quay của máy bơm cao hơn giá trị bình thường 20%. Pattern

Nhãn nhận dạng (ID label) của mẫu hình thời gian, dùng để kiểm soát sự vận hành của máy bơm. Các nhân tử của mẫu hình thời gian tương đương với các tốc độ tương đối. Một nhân tử bằng không ngụ ý rằng máy bơm sẽ được tắt trong khoảng thời gian tương ứng. Bỏ trống nếu không sử dụng.

Intial Status

Trạng thái máy bơm (mở hay đóng) khi bắt đầu thời gian mô phỏng.

Efficiency Curve

Nhãn nhận dạng (ID label) của đường cong hiệu suất của máy bơm (tính bằng phần trăm) như một hàm của lưu lượng bơm. Các thông tin này chỉ được sử dụng để tính toán việc sử dụng năng lượng. Bỏ trống nếu không sử dụng hay nếu giá trị chung được cung cấp ở Energy Options của project (Xem phần 8.1) sẽ được sử dụng.

Energy Price

Giá trung bình hay danh nghĩa của năng lượng tính bằng đơn vị tiền tệ / kwh. Chỉ được sử dụng để tính toán chi phí năng lượng tiêu thụ. Bỏ trống nếu không sử dụng hay nếu giá trị chung được cung cấp ở Energy Options của project (Xem phần 8.1) sẽ được sử dụng.

Price Pattern

Nhãn nhận dạng (ID label) của mẫu hình thời gian được sử dụng để mô tả sự thay đổi giá năng lượng trong ngày. Mỗi nhân tử trong mẫu hình thời gian được áp dụng cho Energy Price để xác định giá điện ở các thời điểm trong ngày trong khoảng thời gian tương ứng. Bỏ trống nếu không sử dụng hay nếu mẫu hình thời gian tính giá chung được định rõ trong Energy Options của project (Xem phần 8.1) sẽ được sử dụng.

Bảng 6.6. Các thuộc tính Van (Valves) Thuộc tính

Mô tả

ID label

Một nhãn duy nhất được sử dụng để nhận biết van. Nó có thể bao gồm một tổ hợp tối đa đến 15 số hay kí tự. Nó không thể giống như ID cho bất cứ đường nối nào khác. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Start Node

ID của nút phía thượng lưu danh nghĩa hay phía dòng chảy vào của van. (Các PRV và PSV chỉ duy trì lưu lượng theo một hướng). Đây là một thuộc tính bắt buộc.

End Node

ID của nút phía hạ lưu danh nghĩa hay phía xả của van. Đây là

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

61

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 một thuộc tính bắt buộc. Description

Một chuỗi văn bản tuỳ ý mô tả các thông tin có nghĩa khác về van.

Tag

Một chuỗi văn bản (không chứa dấu trống) được sử dụng để gán van vào một loại, chẳng hạn dựa vào loại hay vị trí.

Diameter

Đường kính của van tính bằng in. (mm). Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Type

Loại van (PRV, PSV, PBV, FCT, TCV, hay GPV). Xem phần mô tả nhiều loại van khác nhau trong phần 3.1 để biết thêm thông tin. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Setting

Một thông số bắt buộc mô tả thiết lập vận hành của van. Loại van

Thông số giá trị

PRV

Áp lực (psi hay m)

PSV

Áp lực (psi hay m)

PBV

Áp lực (psi hay m)

FCV

Lưu lượng (đơn vị lưu lượng)

TCV

Hệ số tổn thất (không có đơn vị)

GPV

Nhãn ID của đường cong tổn thất cột nước.

Loss Coeffcient Hệ số tổn thất cục bộ được áp dụng khi van mở hoàn toàn. Được giả định bằng 0 nếu bỏ trống. Fixed Status

Trạng thái của van khi bắt đầu mô phỏng. Nếu được gán là OPEN hay CLOSED thì chỉ định kiểm soát của van được bỏ qua và van có làm việc như một đường nối mở hay đóng. Nếu được ấn định NONE, van sẽ làm việc như ý định (đúng nghĩa của van). Trạng thái cố định của một van và thiết lập của nó có thể được làm cho thay đổi trong quá trình mô phỏng bằng cách sử dụng các lệnh điều khiển. Nếu trạng thái của van được cố định OPEN/CLOSED thì nó có thể được làm cho hoạt động trở lại bằng cách dùng một lệnh điều khiển gán một thiết lập số mới cho van.

Bảng 6.7. Các thuộc tính nhãn bản đồ (Map Label Properties)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

62

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Thuộc tính Mô tả Text

Văn bản của nhãn

X-Coordinate

Hoành độ của góc trên bên trái của nhãn trên bản đồ, đo bằng đơn vị khoảng cách của bản đồ. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Y-Coordinate

Tung độ của góc trên bên trái của nhãn trên bản đồ, đo bằng đơn vị khoảng cách của bản đồ. Đây là một thuộc tính bắt buộc.

Anchor Node

Chỉ số nhận dạng nút làm việc như điểm neo của nhãn (xem lưu ý 1 dưới đây). Để trống nếu không neo nhãn.

Meter Type

Loại đối tượng được đo bởi nhãn (xem lưu ý 2 dưới đây). Các tuỳ chọn là None, Node, hoặc Link.

Meter ID

Chỉ số nhận dạng của đối tượng (nút hoặc đường nối) được đo.

Font

Khởi chạy hộp thoại Font cho phép chọn font chữ, cỡ chữ, và kiểu chữ (thường, đậm, nghiêng,...) của tên nhãn.

Chú ý: 1. Thuộc tính nút neo nhãn được dùng để neo nhãn cân đối vào một vị trí đã cho trên bản đồ. Dù bản đồ được phóng to hay được xem toàn bộ thì khoảng cách từ nhãn đến nút neo vẫn không thay đổi. Thuộc tính này ngăn không cho nhãn đi quá xa các đối tượng mà chúng định mô tả khi bản đồ được phóng to, thu nhỏ. 2. Các thuộc tính Meter Type và Meter ID xác định việc nhãn sẽ hoạt động như một thước đo hay không. Các nhãn thước đo hiển thị giá trị của thông số đang xem (được chọn từ Map Browser) bên dưới tên nhãn. Meter Type và Meter ID phải tham chiếu đến một nút hay đường nối hiện hữu trong mạng lưới. Nếu không, sẽ chỉ có văn bản nhãn xuất hiện.

6.5.

Soạn thảo các đối tượng không nhìn thấy trên bản đồ

Soạn thảo Đường cong (Curves Editor) Soạn thảo Mẫu hình thời gian (Time Patterns Editor) Soạn thảo Lệnh điều khiển (Controls Editor) Soạn thảo Nhu cầu nước (Demand Editor) Soạn thảo Chất lượng nước nguồn (Source Quality Editor) 6.6.

Copy và dán đối tượng (Copying and Pasting Objects)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

63

6.7.

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Chỉnh hình và đảo chiều đường nối (Shaping and Reversing Links)

6.8.

Xoá một đối tượng (Deleting an Object)

6.9.

Di chuyển một đối tượng (Moving an Object)

6.10.

Chọn một nhóm đối tượng (Selecting a Group of Objects)

6.11.

Sửa một nhóm đối tượng (Editing a Group of Objects)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

64

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

CHƯƠNG 7.

LÀM VIỆC VỚI CÁC BẢN VẼ

7.1. Chọn xem bản đồ (Selecting a Map View) 7.2. Định cỡ bản đồ (Setting the Map’s Dimensions) 7.3. Sử dụng một bản đồ nền (Utilizing a Backdrop Map) 7.4. Phóng to, thu nhỏ bản đồ (Zooming the Map) 7.5. Di chuyển bản đồ (Panning the Map) 7.6. Tìm một đối tượng (Finding an Object)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

65

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 7.7. Chú thích bản đồ (Map Legends) 7.8. Nhìn tổng quát bản đồ (Overview Map) 7.9. Các chức năng trình bày bản đồ (Map Display Options)

Thể hiện các Nút (Node Options) Thể hiện các Đường nối (Link Options) Thể hiện các Nhãn (Label Options) Thể hiện các Ghi chú (Notation Options) Thể hiện các Biểu tượng (Symbol Options) Thể hiện Mũi tên dòng chảy (Flow Arrow Options) Thể hiện Nền bản vẽ (Background Options)

CHƯƠNG 8.

PHÂN TÍCH MẠNG LƯỚI

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

66

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 8.1. Thiết lập các tuỳ chọn cho sự phân tích (Setting Analysis Options) 1. Các tuỳ chọn Thuỷ lực (Hydraulic Options) 2. Các tuỳ chọn Chất lượng (Water Quality Options) Các tuỳ chọn Water Quality kiểm soát cách phân tích chất lượng nước. Chúng bao gồm các mục: Tuỳ chọn

Mô tả

Parameter

Loại thông số chất lượng nước được mô hình. Các lựa chọn gồm: - NONE (không phân tích chất lượng), - CHEMICAL (tính nồng độ hoá chất), - AGE (tính tuổi của nước), - TRACE (theo dấu phần trăm luợng nước xuất phát từ một điểm cụ thể). Thay vì CHEMICAL, có thể nhập tên thật của hoá chất được mô hình (chẳng hạn Clo)

Mass Units

Đơn vị khối lượng dùng cho nồng độ. Các lựa chọn là mg/L hoặc μg/L. Đơn vị dùng cho phân tích tuổi nước được cố định là giờ và cho theo dấu từ nguồn là phần trăm.

Relative Diffusivity

Tỷ lệ của hệ số khuyếch tán phân tử của hoá chất đang được xem xét so với hệ số tương ứng của Clo tại 20 0C (0,00112 ft2/ngày). Lấy bằng 2 nếu hoá chất khuyếch tán nhanh hơn Clo hai lần, và 0,5 nếu nhanh bằng một nửa,... Áp dụng chỉ khi lập mô hình sự chuyển khối lượng cho các phản ứng thành ống. Ấn định bằng không để bỏ qua hiệu ứng chuyển đổi khối lượng.

Trace Node

Nhãn nhận dạng của nút mà dòng chảy của nó đang được theo dõi. Chỉ áp dụng đối với các phân tích dấu vết dòng chảy.

Quality Tolerance

Sự thay đổi nhỏ nhất trong về chất lượng mà sẽ làm cho một phân tố mới của nước được tạo ra trong ống. Một giá trị tiêu biểu là 0,01 cho các hoá chất được đo bằng mg/L cũng như tuổi nước và dấu vết nước từ nguồn.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

67

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Lưu ý: Quality Tolerance xác định khi nào thì chất lượng của của một phân tố nước về thực chất là giống với chất lượng của một phân tố khác. Đối với các phân tích hoá chất thì điều này có thể là phát hiện giới hạn của quá trình dùng để đo đạc hoá chất, được hiệu chỉnh bởi hệ số an toàn thích hợp. Dùng giá trị quả lớn cho Quality Tolerance có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của mô phỏng. Dùng giá trị quá nhỏ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tính toán. Một số thí nghiệm với thiết lập này có thể được yêu cầu. 3. Các tuỳ chọn Phản ứng (Reaction Options) Các tuỳ chọn Reactions gán các loại phản ứng dùng trong phân tích chất lượng nước. Chúng bao gồm các mục: Tuỳ chọn

Mô tả

Bulk Reaction Số mũ mà theo đó nồng độ tăng lên khi tính toán tốc độ phản Order ứng trong dòng chảy. Lấy bằng 1 cho các phản ứng bậc nhất, 2 cho các phản ứng bậc hai,... Lấy số âm cho động học Michaelis-Menton. Nếu không gán các hệ số phản ứng khối chung cho cả mạng hoặc cho ống cụ thể thì tuỳ chọn này bị bỏ qua. Wall Reaction Số mũ mà theo đó nong độ tăng lên khi tính toán tốc độ phản Order ứng tại thành ống. Các lựa chọn là FIRST (1) cho các phản ứng bậc nhất, hoặc ZERO (0) cho các phản ứng không đổi. Nếu không gán các hệ số phản ứng thành chung hoặc cho toàn mạng hoặc cho ống cụ thể thì tuỳ chọn này bị bỏ qua. Global Bulk Hệ số tốc độ phản ứng khối mặc định (Kb) gán cho tất cả các Coefficient ống. Hệ số chung này có thể bị đè lên khi hiệu chỉnh thuộc tính này cho từng ống riêng biệt. Dùng số dương cho phản ứng tăng trưởng, số âm cho phản ứng phân huỷ, hoặc số 0 nếu không có phản ứng khối xảy ra. Đơn vị là nồng độ luỹ thừa bậc (1-n) chia cho ngày, trong đó n là bậc phản ứng khối. Global Wall Hệ số tốc độ phản ứng thành (Kw) gán cho tất cả các ống. Hệ Coefficient số chung này có thể bị đè lên khi hiệu chỉnh thuộc tính này cho từng ống riêng biệt. Dùng số dương cho sự tăng trưởng, số âm cho sự phân huỷ, hoặc 0 nếu không có phản ứng thành xảy ra. Đơn vị là ft/ngày (US) hay m/ngày (SI) cho các phản ứng bậc nhất và khối lượng/ft2/ngày (US) hay khối lượng/m2/ngày (SI) cho các phản ứng bậc 0. Limiting Concentration

Nồng độ lớn nhất mà chất có thể tăng đến hoặc nhỏ nhất mà nó phân huỷ đến. Tốc độ phản ứng trong dòng chảy sẽ tỉ lệ với hiệu số giữa nồng độ hiện tại và trị số này. Xem chi tiết về

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

68

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 phản ứng khối ở mục 3.4. Gán bằng 0 nếu không áp dụng. Wall Coefficient Correlation

Hệ số tương quan phản ứng thành với độ nhám của ống. Xem chi tiết về phản ứng thành ở mục 3.4. Gán bằng 0 nếu không áp dụng.

4. Các tuỳ chọn Thời gian (Times Options) 5. Các tuỳ chọn Năng lượng (Energy Options) 8.2. Chạy chương trình (Running an Analysis) 8.3. Các kết quả gỡ rối (Troubleshooting Results)

EPANET sẽ đưa ra thông báo lỗi và cảnh báo kho gặp phải vấn đề rắc rối trong các phân tích thuỷ lực và phân tích chất lượng nước. Các vấn đề chung nhất được đề cập sau đây: 1. Máy bơm không đủ lưu lượng hoặc cột nước (Pumps Cannot Deliver Flow or Head) 2. Mạng bị hở (Network is Disconnected) 3. Áp suất bị âm (Negative Pressures Exist) 4. Hệ thống không cân bằng (System Unbalanced) 5. Phương trình thuỷ lực không giải được (Hydraulic Equations Unsolvable)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

69

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

CHƯƠNG 9.

XEM KẾT QUẢ

EPANET có các chức năng xem kết quả sau đây: 9.1. Xem kết quả trên bản đồ (Viewing Results on the Map) Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

70

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 9.2. Xem kết quả bằng đồ thị (Viewing Results with a Graph) 9.3. Xem kết quả bằng bảng biểu (Viewing Results with a Table) 9.4. Xem kết quả bằng các thông báo đặc biệt (Viewing Special Reports)

Thông báo về tình trạng hệ thống (Status Report) Thông báo về năng lượng (Energy Report) Thông báo về sự định cỡ (Calibration Report) Thông báo về phản ứng (Reaction Report) Thông báo đầy đủ (Full Report)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

71

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

CHƯƠNG 10. IN VÀ COPY

10.1.

Chọn máy in (Selecting a Printer)

10.2.

Thiết lập khuôn bản vẽ (Setting the Page Format)

10.3.

Nhìn bản vẽ trước khi in (Print Preview)

10.4.

In một cảnh hiện tại (Printing the Current View)

10.5.

Chép vào vùng đệm hoặc vào một file (Copying to the Clipboard or to a File)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

72

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

CHƯƠNG 11. XUẤT VÀ NHẬP 11.1.

Các chức năng xuất và nhập

Kịch bản dự án (Project Scenarios) Xuất một kịch bản (Exporting a Scenario) Nhập một kịch bản (Importing a Scenario) Nhập một phần mạng lưới (Importing a Partial Network) Nhập một bản đồ mạng lưới (Importing a Network Map) Xuất một bản đồ mạng lưới (Exporting the Network Map) Xuất sang file văn bản (Exporting to a Text File) 11.2.

Cách nhập sơ đồ mạng lưới cấp nước từ bản vẽ CAD

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

73

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Việc vẽ một sơ đồ mạng lưới cấp nước trực tiếp trên màn hình máy tính thường tốn công sức và sẽ rất kém chính xác, nhất là khi sơ đồ phức tạp có nhiều đoạn ống. EPANET còn cung cấp một tiện ích rất mạnh đó là khả năng nhập sơ đồ hệ thống từ file ảnh. Sau đây sẽ trình bày cách vẽ sơ đồ mạng lưới cho EPANET từ bản vẽ CAD theo trình tự sau: Bước 1. Tạo file ảnh -

Có bản vẽ sơ đồ mạng lưới dưới dạng CAD.

- Bật chương trình chuyển đổi hình vẽ CAD sang Picture (có thể dùng BWM hoặc một chương trình khác). -

Bật chương trình xử lý ảnh (Paint, Microsoft Photo Editor, Photoshop...).

-

Copy bản vẽ CAD vào clipboard.

-

Dán sang Paint (hoặc Microsoft Photo Editor, Photoshop...).

-

Lưu (Save) dưới dạng file bitmap (*.bmp). Bước 2. Nhập file ảnh làm nền để vẽ sơ đồ mạng lưới cho EPANET

-

Vào chức năng View >> Backdrop >> Load.

-

Hiện ra cửa sổ Open a Backdrop Map.

-

Chỉ đường dẫn tới thư mục chứa file ảnh cần tìm và mở file (Open).

-

Nền ảnh sẽ hiện ra.

-

Vẽ theo hình dưới nền để tạo sơ đồ mạng lưới bằng EPANET.

Chú ý rằng, sau khi vẽ xong nếu không cần để nền (nhìn quá rối) thì có thể tạm thời tắt đi bằng cách ấn chuột phải và click vào biểu tượng Backdrop >> On-Off.

CHƯƠNG 12. CÁC CÂU HỎI THƯỜNG GẶP

1)

Làm thế nào để có thể nhập một mạng lưới từ một bản vẽ bằng CAD?

2)

Làm thế nào để mô phỏng một giếng bơm nước ngầm?

3)

Làm thế nào để làm cho một máy bơm bơm đúng một lưu lượng cụ thể?

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

74

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Làm thế nào để có thể cưỡng bức một thời gian biểu cụ thể của dòng chảy nguồn 4) cung cấp vào mạng lưới từ các bể chứa? 5)

Làm thế nào để có thể phân tích điều kiện chữa cháy cho một nút cụ thể?

6)

Làm thế nào để lập mô hình một van giảm áp ngăn dòng chảy ngược.

7)

Lập mô hình bể nước có nén khí như thế nào?

8) Làm thế nào để lập mô hình một ống xả nước vào đài khi cao trình miệng ống cao hơn mặt thoáng trong đài? 9) Làm thế nào để xác định các điều kiện ban đầu đối với một phân tích chất lượng nước? 10)

Ước tinh giá trị số của hệ số phản ứng khối và phản ứng thành như thế nào?

11)

Mô hình hoá trạm tăng Clo như thế nào?

12)

Mô hình hoá sự gia tăng Trihalomethane (THM) như thế nào?

13)

14)

Có thể dùng Text Editor để soạn thảo các thuộc tính mạng khi đang chạy EPANET được không? Có thể chạy nhiều phần mềm của EPANET cùng một lúc không?

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

75

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

CHƯƠNG 13. ỨNG DỤNG CỦA MÔ HÌNH EPANET

13.1.

Các ứng dụng chung

Phần lớn các mô hình phân phối nước được sử dụng để phân tích một sự đa dạng của hệ thống đường ống áp lực. Sự mô phỏng hệ thống phân phối nước là rất lợi cho nhiều mục đích khác nhau, đó là: -

Quy hoạch tổng thể dài hạn, bao gồm cả phát triển mới và tái định cư,

-

Các nghiên cứu về chữa cháy,

-

Quan sát chất lượng nước,

-

Quản lý năng lượng,

-

Thiết kế hệ thống,

- Các nhu cầu vận hành hàng ngày bao gồm cả huấn luyện cho người vận hành, đối phó tình trạng khẩn cấp, và xử lý sự cố. Quy hoạch tổng thể

Người quy hoạch nghiên cứu cẩn thận mọi khía cạnh của một hệ thống phân phối nước và cố gắng xác định các dự án phát triển chính yếu tổng thể nào là cần thiết để đảm bảo chất lượng phục vụ trong tương lai. Quá trình này, gọi là quy hoạch tổng thể (còn gọi là quy hoạch phát triển chính yếu hay quy hoạch cải tiến), có thể được sử dụng để phát triển hệ thống dự án và nhu cầu nước cho 5, 10 hay 20 năm tới. Sự phát triển của hệ thống là có thể xảy ra vì sự tăng dân số, sự sát nhập, việc giành được hoặc các hợp đồng thương mại trong các lợi ích cấp cấp nước. Một mô hình không những có thể được sử dụng để nhận ra các vùng trục trặc tiềm ẩn (như vùng áp lực thấp hoặc các vùng có vấn đề về chất lượng nước trong tương lai), mà còn được sử dụng để xác định quy mô và vị trí các đường ống chuyển nước, các trạm bơm và các công trình trữ nước mới để đảm bảo rằng các trục trặc tiên đoán sẽ không bao giờ xảy ra. Duy trì hệ thống ở một mức độ phục vụ có thể chấp nhận được Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

76

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 ưa chuộng hơn là phải phục hồi một hệ thống đã trở thành lạc hậu. Sự phục hồi

Như đối với hệ thống máy móc, sự hao mòn và hỏng hóc trên hệ thống phân phối nước có thể dẫn tới nhu cầu thời sự phục hồi các phần của hệ thống như là các đoạn ống, máy bơm, van, và bể chứa. Các ống, đặc biệt là ống cũ, không nhẵn mặt, làm bằng kim loại, có thể phải chịu một sự lắng đọng tạo ra ở bên trong bởi vì lớp lắng đọng khoáng chất và các phản ứng hoá học trong nước. Điều này có thể gây ra sự mất khả năng chuyển tải, giảm áp suất, và chất lượng nước kém. Để kể đến các hiệu ứng lão hoá này, một công cụ được chọn để làm sạch và làm trơn ống. Một số lựa chọn là, có thể phải thay ống mới (có thể to hơn) hoặc thêm một ống nữa đấu song song. Các mô phỏng thuỷ lực có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả của những cố gắng phục hồi như vậy, và để tìm ra sự cải tiến hệ thống kinh tế nhất. Các nghiên cứu chữa cháy

Hệ thống phân phối nước thường được yêu cầu cung cấp nước cho chữa cháy. Việc thiết kế một hệ thống có nhu cầu chữa cháy là cần thiết và thông thường có một ảnh hưởng lớn đến việc thiết kế mạng bên trong. Người kỹ sư xác định các nhu cầu chữa cháy, rồi sử dụng một mô hình để kiểm tra khả năng của hệ thống nhằm đáp ứng những yêu cầu đó. Nếu hệ thống không cấp được lưu lượng nhất định và duy trì đủ áp suất, mô hình có thể được sử dụng cho việc sắp xếp các phần tử thuỷ lực (các ống, máy bơm, v.v...) để điều chỉnh chúng. Theo dõi chất lượng nước

Một số chương trình cung cấp mô hình chất lượng nước bổ sung vào các khả năng mô phỏng thuỷ lực. Tuổi nước, chất đánh dấu nguồn, và các phân tích nồng độ hợp chất có thể được mô hình hoá trong khắp mạng. Ví dụ, sự duy trì Clo dư có thể được nghiên cứu và bố trí một cách hiệu quả hơn, sự hình thành các sản phẩm khử trùng trong hệ thống cũng có thể được phân tích, hoặc tác động của các bể chứa lên chất lượng nước cũng có thể đánh giá được. Các mô hình chất lượng nước cũng được dùng để nghiên cứu sửa đổi sự hoạt động thuỷ lực để cải thiện chất lượng nước. Quản lý năng lượng

Bên cạnh các chi phí cho việc bảo dưỡng và sửa chữa hạ tầng, thì chi phí cho năng lượng bơm là các khoản chi phí quản lý lớn nhất của nhiều bộ phận dùng nước. Mô Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

77

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 phỏng thuỷ lực được sử dụng để nghiên cứu đặc tính vận hành và năng lượng tiêu thụ của máy bơm trong mối hệ với hệ thống. Bằng việc phát triển và thử nhiều kiểu vận hành máy bơm khác nhau, thì tác động đến năng lượng tiêu thụ sẽ được tính toán, và có thể tìm được một cách để tiết kiệm chi phí năng lượng. Vận hành hàng ngày

Khi vận hành hệ thống phân phối nước đều cần phải đảm bảo áp suất , lưu lượng, và các mực nước trong đài trên toàn hệ thống được giữ trong phạm vi cho phép. Người vận hành phải quan sát các chỉ số này và phản ứng kịp thời khi có một giá trị tụt xuống quá mức cho phép. Bằng việc mở một máy bơm hoặc điều chỉnh một van, người vận hành có thể điều chỉnh hệ thống để có hoạt động ở một mức độ phục vụ thích hợp. Một mô hình thuỷ lực có thể sử dụng trong hoạt động hàng ngày để xác định hiệu ứng của các tác động khác nhau, cung cấp cho người vận hành những thông tin tốt hơn để ra quyết định. Huấn luyện quản lý. Phần lớn những người vận hành hệ thống phân phối nước thực hiện các công việc của họ rất tốt. Một chứng cứ cho điều này, đa số các hệ thống ít khi bị ngừng cấp nước. Nguyên nhân xảy ra việc ngừng cấp nước từ phía người vận hành là rất hiếm. Tuy nhiên nhiều người vận hành đạt được kinh nghiệm và sự tự tin trong việc vận hành hệ thống qua một thời gian dài và đôi khi những bài học đắt giá nhất chỉ đạt được dưới một điều kiện rất bắt buộc. Mô hình thuỷ lực cho một cơ hội tuyệt vời để đào tạo những người vận hành về hệ thống của họ sẽ làm việc như thế nào trong các điều kiện tải trọng khác nhau với nhiều kịch bản điều khiển và trong các tình huống khẩn cấp. Xử lý sự cố. Sự cố là phần có thực của việc vận hành hệ thống phân phối nước, và người vận hành cần chuẩn bị để ngăn không cho sự cố xảy ra từ sự vỡ ống cho đến từ chối hoạt động. Lập kế hoạch trước cho những tình huống sự cố bằng việc sử dụng mô hình có thể giữ cho sự phục vụ của hệ thống không bị tổn thương hoặc ít nhất cũng giảm thiểu phạm vi ảnh hưởng tới các hộ dùng nước. . Gỡ rối cho hệ thống. Khi các đặc trưng thuỷ lực hay chất lượng nước không tuân theo tiêu chuẩn, một mô phỏng mô hình có thể được dùng để xác định các nguyên nhân. Ví dụ, hàng loạt các mô phỏng cho một vùng lân cận chịu một áp suất thấp thường xuyên có thể chỉ ra khả năng là gần vùng này có van bị đóng. Một đội quản lý có thể được phái đến để kiểm tra các van gần đấy.

13.2.

Thực hành trên một ví dụ Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

78

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Cho trước

Hệ thống cấp nước phía đông nam thị xã Thành phố Lạng Sơn. Sơ đồ hệ thống phân phối nước đã được thể hiện bằng bản vẽ CAD (hình 13.1). Dựa và các số liệu trên bản vẽ này và các số liệu liên quan, trước khi tiến hành lập mô hình bằng EPANET, xác định được các đặc trưng sau: -

Hình dạng mạng lưới (hình 13.1).

-

Vị trí các nút: các mối nối, máy bơm, đài.

-

Chiều dài các đoạn ống đươc (thể hiện bằng các con số bên cạnh các ống).

-

Cao độ mặt đất tại các nút (thể hiện bằng các con số bên cạnh các nút).

- Lưu lượng yêu cầu cơ bản, cũng gọi là lưu lượng trung bình giờ, tại các nút (được thể hiện bằng các con số bên cạnh các mũi tên đi ra từ nút ở hình vẽ và còn được thống kê như ở bảng 13.2). -

Lưu lượng trung bình giờ của hệ thống là Qtb.s=267,63 l/s.

- Hệ số Kc=1,3662 (tra TCVN 33-85 với 267,63 l/s), từ đó nội suy được giá trị các hệ số không điều hoà giờ Kh hoà và tính được các nhân tử lưu lượng (Multiplier) như ở bảng 13.3.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

79

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Hình 13.1. Bài tập hệ thống phân phối nước nước TP Lạng Sơn Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

80

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Bảng 13.3. Lưu lượng yêu cầu cơ bản tại các nút

Tên nút (Node ID)

Cao độ mặt đất Lưu lượng cơ bản (Elevation) (Base Demand ) (m) (l/s)

Junc 3

265,3

11,08

Junc 4

257

28,31

Junc 5

256

14,72

Junc 6

256

25,78

Junc 7

255,8

12,88

Junc 8

255

21,63

Junc 9

260

8,98

Junc 10

260

17,93

Junc 11

262,5

7,61

Junc 12

262,7

16,31

Junc 13

265

11,5

Junc 14

257

14,13

Junc 15

257

19,61

Junc 16

260

20,69

Junc 17

265

15,37

Junc 18

265

10,32

Junc 19

265

10,78

Resvr 1

262,2

Tank 2

275,5

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

81

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2

Bảng 13.2. Hệ số không điều hoà Kh hoà và nhân tử lưu lượng Hệ số không điều hoà

Nhân tử lưu lượng

Kh

(Multiplier)

0-1

1,785

0,428

1-2

1,785

0,428

2-3

1,785

0,428

3-4

1,785

0,428

4-5

1,785

0,428

5-6

4,606

1,105

6-7

5,259

1,262

7-8

5,259

1,262

8-9

5,715

1,372

9-10

5,715

1,372

10-11

5,715

1,372

11-12

5,185

1,244

12-13

4,741

1,138

13-14

5,428

1,303

14-15

5,699

1,368

15-16

5,699

1,368

16-17

5,699

1,368

Giờ

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

82

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 17-18 5,141 1,234 18-19

4,963

1,191

19-20

4,818

1,156

20-21

4,607

1,106

21-22

3,256

0,781

22-23

1,785

0,428

23-14

1,785

0,428

Tộng cộng:

100,000

24.000

Yêu cầu

1) Sử dụng phần mềm EPANET để: -

Mô phỏng hệ thống phỏng.

-

Phân tích thuỷ lực mạng lưới cấp nước theo thời gian dài.

-

Phân tích chất lượng nước.

2) Đồng thời xác định một cách hợp lý (hoặc tối ưu) các thông số và các đặc trưng cơ bản của hệ thống, gồm: -

Đường kính các ống (dự kiến là ống thép tráng kẽm).

-

Cao trình và áp suất tại các nút.

- Các thông số của đài nước (cao trình, đường kính, độ sâu nhỏ nhất, độ sâu lớn nhất,…). -

Cột nước, lưu lượng yêu cầu của máy bơm, loại máy bơm.

-

Năng lượng tiêu thụ bình quân ngày và tiền chi phí năng lượng.

Các bước cơ bản

1) Tạo bản vẽ mạng lưới. 2) Tạo các thuộc tính cho các phần tử trong mạng. 3) Chạy chương trình. 4) Xem, xuất, in kết quả. 5) Thảo luận kết quả. 6) Chọn và ấn định phương án về các thông số và các đặc trưng cơ bản của hệ thống.

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

83

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hoàng Huệ. Cấp thoát nước. NXB Xây dựng. Hà Nội, 1993. 2. Máy bơm và trạm bơm, PGS.TS Lê Chí Nguyện – Đại Học Thủy Lợi. 3. Nguyễn Văn Tín. Cấp nước, Tập 1, Mạng lưới cấp nước. NXB Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội, 2001. 4. TCXD 33-1985. Cấp nước - Mạng lưới bên ngoài công trình - Tiêu chuẩn thiết kế. 5. Sổ tra cứu máy bơm và thiết bị. Trường ĐH Thuỷ lợi. Hà Nội, 1998. 6. Trần Hiếu Nhuệ. Cấp nước và vệ sinh nông thôn. NXB Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội, 2001. (VWSA, DANIDA, SDC, UNDP, WB tài trợ)

Email : [email protected] Tel : 0977.78.43.79

84