Sach Epanet 1

8/20/2019 Sach Epanet 1

1/164

EPANET 2.0

C ẨM NANG DÀNH CHO NGƯỜI

SỬ DỤNG


2/164

1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. EPANET là gì

EPANET là một chương trình máy tính thực hiện việc mô phỏng thời gian kéo dài(extended period simulation) đối với chế độ thủy lực v à ch ất lượng nước trong các mạnglưới ống có áp. Một mạng lưới bao gồm ống, nút (mối nối ống), bơm, van và các đài nướchay bể lưu trữ. EPANET theo dõi lưu lượng nước trong mỗi ống, áp lực tại mỗi nút, độ caocủa nước trong mỗi đài nước, và n ồng độ của các loại (species) hóa chất trên toàn mạng lưới trong một khoảng thời gian mô phỏng bao gồm nhiều bước thời gian (time step) .

Ngoài các loại (species) hóa chất, việc theo dõi (tracing) tuổi và ngu ồn nước cũng có thể được mô phỏng.

EPANET được thiết kế như là một công cụ nghiên cứu nhằm nâng cao sự hiểu biết củachúng ta v ề chuyển động và số phận của các thành ph ần (constituent) nước uống bêntrong các hệ thống phân phối. Nó có thể được sử dụng cho nhiều loại ứng dụng khác nhau trong phân tích các hệ thống phân phối. Việc thiết kế chương trình lấy mẫu thử (sampling), định cỡ (calibration) mô h ình th ủy lực, phân tích lượng Clo dư, và đánh giá mức độ ảnh hưởng (exposure) của khách hàng là một số ví dụ. EPANET có thể giúp đánhgiá các chiến lược quản lý lựa chọn (alternative) nhằm cải thiện chất lượng nước trên toànhệ thống. Những chiến lược này có thể bao gồm:

Thay thế sự sử dụng nguồn trong nhiều hệ thống nguồn,

Thay thế các lịch bơm và nạp/xả đài nước,

Sử dụng xử lý vệ tinh (satellite) chẳng hạn như tái Clo hóa (re-chlorination) tạiđài nước,

Làm sạch và thay thế các ống đích (targeted).

Chạy trong Windows, EPANET cung cấp một môi trường thống nhất (integrated) chođiều chỉnh các số liệu nhập của mạng lưới, vận hành mô phỏng thủy lực và chất lượng nước và xem các k ết quả trong nhiều định dạngkhác nhau. Những định dạng này bao


3/164

2

g ồm các bản đồ mạng lưới được mã màu (color-coded), các bảng số liệu, và các bản vẽ đường viền (contour).

1.2 Các khả năng lập mô hình thủy lực

Lập mô hình đầy đủ và chính xác là điều kiện tiên quyết cho việc lập mô hình chất lượng nước hiệu quả. EPANET chứa một giá trị trung bình phân tích thủy lực tối tân g ồm các khả năng sau:

Không đặt ra giới hạn đối với kích cỡ của mạng lưới mà có thể được phân tích

Tính toán tổn thất cột áp do ma sát sử dụng các công thức Hazen-Williams,Darcy-Weisbach, hay Chezy-Manning

Bao g ồm những thất thoát cột áp cục bộ đối với các điểm uốn, ống nối v.v...

Lập mô hình cho máy bơm có tốc độ không đổi hay thay đổi

Tính toán năng lượng và chi phí bơm

Lập mô hình nhi ều loại van khác nhau bao gồm các van đóng (shut-off), ki ểm tra (một chiều) (check), điều hòa áp lực và kiểm soát lưu lượng (flow control).

Cho phép các đài chứa nước có bất cứ hình dạng nào (có ngh ĩa là đường kínhcó thể thay đổi theo độ cao)

Xem xét nhi ều loại nhu cầu tại các nút, với k iểu thay đổi thời gian khác nhau.

Lập mô hình sự phát ra (issuing) lưu lượng phụ thuộc vào áp lực từ máy phát(emitter) (c ột áp b ình phun (sprinkler)

Có thể làm cho vận hành hệ thống được thực hiện dựa trên cả những kiểm soátmức đài nước hay thiết bị bấmgiờ (timer) đơn giản lẫn những kiểm soát (controls) d ựa tr ên quy t ắc phức tạp.

1.3. Khả năng lập mô hình chất lượng nước


4/164


5/164

4

Bằng cách sử dụng các đặc điểm này, EPANET có thể nghiên cứu những hiện tượng chất lượng nước như:

Pha trộn nước từ các nguồn khác nhau

Tuổi của nước trên toàn bộ hệ thống

Sự thất thoát của Clo dư

Sự phát triển của những sản phẩn phụ khử trùng

Theo dõi những trường hợp truyền chất ô nhiễm.

1.4. Các bước trong sử dụng EPANET

Những bước điển hình sauđây thường được áp dụng khi sử dụng EPANET để lập môhình hệ thống phân phối nước:

1. Vẽ một hình biểu diễn mạng lưới của hệ thống phân phối của bạn (xem Ph ần 6.1) hay nhập một mô tả cơ bản về mạng lưới đặt trong một tập tin văn bản (xem Ph ần 11.4)

2. Sửa đổi những đặc điểm của các đối tượng tạo thành hệ thống (xem Ph ần 6.4)

3. Mô tả làm thế nào để vận hành hệ thống (xem Phần 6.5)

4. Chọn tập hợp các lựa chọn phân tích (xem Phần 8.1)

5. Chạy chương trình phân tích thủy lực/chất lượng nước (xem Phần 8.2)

6. Xem các k ết quả phân tích (xem Chương 9)

1.5. V ề cuốn cẩm nang này

Chương 2 cuốn cẩm nang này mô tả cách cài đặt EPANET và đưa ra một hướng dẫn nhanh v ề cách sử dụng nó. Những bạn đọc không quen với những điểm căn bản của việc


6/164

5

lập mô hình các hệ thống phân phối cũng có thể xem lại Chương 3 trước trước khi đi quaph ần hướng dẫn này.

Chương 3cung cấp tài liệu nền tảng về cách EPANET lập mô hình một hệ thống phânphối nước. Nó hướng dẫn về những thành ph ần cơ bản tạo thành một hệ thống phân phốicũng như những thông tin lập mô hình bổ sung, chẳng hạn như những thay đổi thời gianvà sự kiểm soát vận hành, được kiểm soát như thế nào. Chúng cũng cung cấp một cái nhìn khái quát v ề việc thực hiện sự mô phỏng bằng thủy lực hệ thống và đặc điểm chất lượng nước.

Chương 4 cho thấy không gian làm việc (workspace) của EPANET được tổ chức như thế nào. Nó mô tả các chức năng của nhiều lựa chọn trìnhđơn khác nhau và các nút trênToolbar (thanh công cụ), và cách sử dụng ba cửa sổ chính- Network Map, Browser vàProperty Editor.

Chương 5 bàn về các tập tin dự án (project file) mà lưu trữ tất cả các thông tin chứa trong mô hình EPANET của một hệ thống phân phối. Nó cho thấy cách tạo ra, mở và lưu những tập tin này cũng như cách định ra những lựa chọn mặc định. Nó cũng bàn đến

cách đăng ký dữ liệu định cỡ (calibration data) mà được sử dụng để so sánh các k ết quả mô phỏng với những số đo thực tế.

Chương 6 mô tả cách bắt đầu xây dựng một mô hình mạng lưới của hệ thống phân phối với EPANET. Nó cho thấy cách tạo ra nhiều đối tượng khác nhau (ống, bơm, van, mốinối, đài nước v.v...) mà tạo nên một hệ thống, cách sửa đổi đặc điểm của các đối tượngnày và cách mô tả sự thay đổi của nhu cầu và vận hành hệ thống theo thời gian.

Chương 7 giải thích cách sử dụng bản đồ mạng lưới mà cung cấp hìnhảnh bằng đồ thịv ề hệ thống đang được lập mô hình. Nó cho thấy cách xem các thôngsố thiết kế và tínhtoán khác nhau theo kiểu mã màu (color-coded) trên bản đồ, cách thay đổi tỉ lệ, phóng tothu nhỏ, và quét bản đồ, cách đặt các đối tượng trên bản đồ và những lựa chọn nào sẵncó để tùy biến bề ngoài của bản đồ.

Chương 8 cho thấy cách chạy chương trình phân tích thủy lực/chất lượng nước của môhình mạng lưới. Nó mô tả nhiều lựa chọn khác nhau mà kiểm soát cách thực hiện sự phân


7/164

6

tích và đưa ra một số bí quyết giải quyết rắc rối cần sử dụng khi kiểm tra các k ết quả môphỏng.

Chương 9 bàn đế n nhi ều cách khác nhau để xem phân tích. Những cách này bao g ồmnhững cách nhìn khác nhauđối với bản đồ mạng lưới, nhiều loại biểu đồ và bảng khácnhau và một vài loại báo cáo đặc biệt.

Chương 10 giải thích cách in và sao chép những hìnhảnh được đề cập đến ở chương 9.

Chương 11 mô tả cách EPANET nhập và xuất các chuỗi hiện tượng (scenario). Một

chuỗi hiện tượng (scenario) là tập hợp nhỏ các dữ liệu mô tả đặc điểm của các điều kiện hiện tại mà trong đó một mạng lưới ống đang được phân tích (ví dụ như các nhu c ầu khách hàng, quy luật vận hành, các hệ số phản ứng chất lượng nước v.v...). Nó cũng bànđến cách lưu toàn bộ cơ sở dữ liệu của một chương trình vào một tập tin văn bản có thể đọc được và cách xuất bản đồ mạng lưới vào nhi ều định dạng khác nhau.

Chương 12 trả lời những câu hỏi về việc EPANET có thể được sử dụng như thế nào để

lập mô hình những loại tình huống đặc biệt, chẳng hạn như lập mô hìnhcác đài nước, tìmra lưu lượng tối đa sẵn có tại một áp lực cụ thể và lập mô hình sự phát triển của các sảnphẩm phụ khử trùng.

Cuốn cẩm nang này cũng chứa một số phụ lục. Phụ lục A cung cấp một bảng các đơn vị biểu diễn cho tất cả các thông số thiết kế và tính toán. Phụ lục B là một danh mục cácmã thôngđiệp, lỗi và ý ngh ĩa của chúng mà chương trình có thể tạora. Phụ lục C mô tả cách chạy EPANET từ một gợi ý dòng lệnh trong cửa sổ DOS và bàn đến định dạng của các tập tin được sử dụng với kiểu vận hành này. Phụ lục D cung cấp các chi tiết của những thủ tục và công thức được sử dụng bởi EPANET trong các thuật toán phân tíchthủy lực và chất lượng nước của nó.


8/164

7

CHƯƠNG 2: HƯỚNG DẪN KHỞI ĐẦU NHANH

Chương này hướng dẫn về cách sử dụng EPANET. Nếu bạn không quen với các thành

ph ần tạo th ành m ột hệ thống phân phối nước v à cách mô t ả chúng trong các mô hìnhm ạng lưới ống thì có th ể trước hết bạn phải ôn lại hai phần đầu ti ên c ủa Chương 3.

2.1. Cài đặt EPANET.

EPANET Phiên Bản 2.0 được thiết kế để sử dụng được trong hệ điều hành Windows95/98/NT của máy tính cá nhân tương thích với IBM/Intel. Nó được phân bổ như một tập tin riêng rẽ, en2setup.exe., mà chứa một chương trình càiđặt tự trích (self -extracting) .Muốn cài đặt EPANET thì:

1. Chọn Run từ trìnhđơn Windows Start.

2. Nhập đường dẫn đầy đủ và tên của tập tin en2setup.exe. hay nhấn nút Browse để đặt nó trong máy tính của bạn.

3. Nhấp nút OK để bắt đầu quá trình càiđặt.

Chương trình càiđặt sẽ yêu c ầu bạn chọn folder (directory) nơi các tập tin EPANET sẽđược đặt. Folder mặc định là c:\Program files\EPANET2. Sau khi các tập tin đã được càiđặt trình đơn Start của bạn sẽ có mộtmục mới mang tên là EPANET 2.0. Muốn mở EPANET chỉ cần chọn mục này từ trình đơn Start, sau đó chọn EPANET 2.0 từ trình đơn nhỏ mà xuất hiện trên màn hình. (Tên của tập tin có thể sử dụng để chạy EPANET trongWindows là epanet2w.exe.)

Nếu bạn muốn xoá EPANET ra khỏi máy tính của bạn, bạn có thể sử dụng quy trìnhsau:

1. Chọn Settings từ trìnhđơn Windows Start.

2. Chọn Control Panel từ trìnhđơn Settings

3. Nhấp đúp lên mục Add/Remove Programs


9/164

8

4. Chọn EPANET 2.0 từ danh mục của các chương trình mà xuất hiện trên màn hình.

5. Nhấp nút Add/Remove.

2.2. Ví dụ mạng lưới.

Trong ph ần hướng dẫn này chúng tôi sẽ phân tích mạng lưới phân phối đơn giản được biểu diễn trong Hình 2.1 bên dưới. Nó bao gồm một bể chứa nguồn (ví dụ như: giếng, sông của nhà máy xử lý) mà từ đó nước được bơm vào một mạng lưới đường ống hai đường nhánh. Cũng có một ống dẫn tới một đài chứa nước mà nổi bên trên hệ thống. Cácnhãn ID (ID label) cho nhi ều thành ph ần khác nhau được biểu diễn trong hình. Các nút

trong mạng lưới có các đặc điểm được biểu diễn trong Bảng 2.1. Các đặc điểm ống được liệt k ê trong Bảng 2.2. Ngoài ra, máy bơm (9) có thể cung cấp một cột áp bằng 45m với một lưu lượng (162 m3/h) , và đài nước (Nút 8) có đường kính 18m, mức nước 1.05m, vàmực nước tối đa 6m.

Hình 2.1 Ví Dụ Mạng Lưới Oáng


10/164

9

Bảng 2.1 Ví Dụ Các Đặc Điểm Của Mạng Lưới Oáng

Nút Độ cao (m) Nhu c ầu (m3/h)

1

2

3

4

5

6

7

8

210

210

213

210

195

210

210

249

0

0

40

40

54

40

0

0

Bảng 2.2 Ví Dụ Các Đặc Điểm Của Mạng Lưới Oáng

Nút Chi ều dài (m) Đường kính

(mm)

Y ếu tố C

1

2

3

4

56

7

8

900

1500

1500

1500

15002100

1500

2100

350

300

200

200

200250

150

150

100

100

100

100

100100

100

100

2.3. Mặc định ban đầu

Nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là tạo ra một thiết lập mới trong EPANET và đảm bảorằng các lựa chọn mặc định nhất định được chọn. Để bắt đầu, hãy mở EPANET, hay nếu


11/164

10

như nó đang chạy rồi thì chọn File >> New (từ thanh trình đơn) để tạo ra một thiết lập mới. Sau đó chọn Project >> Defaults để mở biểu mẫu hộp thoại được biểu diễn tron Hình 2.2. Chúng ta sẽ sử dụng hộp thoại này để yêu c ầu EPANET tự động tạo nhãn cho

các đối tượng mới bằng những số liên tiếp bắt đầu từ 1 khi chúng được cộng thêm vàomạng lưới. Trên trang ID Labels của hộp thoại, hãy xóa tất cả các trường ID Prefix vàđịnh ID Increment bằng 1. Sau đó chọn trang Hydraulics (thủy lực) của hộp thoại và địnhchọn lựa Flow Units (đơn vị lưu lượng) là CMH (m3/giờ). Điều này ngụ ý rằng các đơn vịUS Customary (Mỹ) cũng sẽ được sử dụng cho tất cả các lượng nước khác (chiều dài tínhbằng m, đường kínhống tính bằng mm, áplực tính bằng psi v.v...). Cũng hãy chọn côngthức Hazen-Williams (H-W) để tính tổn thất cột áp. Nếu bạn muốn lưu các lựa chọn này

cho tất cả các project mới trong tương lai bạn có thể đánh dấu kiểm (check) hộp Save ởdưới đáy của biểu trước khi chấp nhậnnó bằng cách nhấp nút OK.

Hình 2.2 Hộp thoại Project Defaults


12/164

11

Tiếp theo chúng ta sẽ chọn một số lựa chọn hiển thị bản đồ sau cho khi chúng ta thêmcác đối tượng vào bản đồ, chúng ta sẽ nhìn thấy nhãn ID (ID label) của chúng và các biểutượng (symbol) được hiển thị. Chọn View >> Options để hiện ra biểu thoại Map Options.

Chọn trang Notation trên biểu này và đánh dấu kiểm (check) các cài đặt (settings) được biểu diễn trong Hình 2.3 bên dưới. Sau đó chuyển sang trang Symbols và đánh dấu kiểm (check) t ất cả các hộp. Nhấp nút OK để chấp nhận những lựa chọn n ày và đóng hộp thoại lại.

Cuối cùng, trước khi vẽ mạng lưới của chúng ta chúng ta phải đảm bảo rằng các càiđặt tỉ lệ bản đồ của chúng ta là chấp nhận được. Chọn View >> Dimensions để làm hiện ra hộp thoại Map Dimensions. Lưuý các kích cỡ mặc định được gán cho một projectmới. Những cài đặt này sẽ đáp ứng ví dụ này, do đó hãy nhấp nút OK.

Hình 2.3 Hộp thoại Map Options


13/164

12

2.4 V ẽ Mạng Lưới

Bây giờ chúng ta sẵn sàng bắt đầu vẽ mạng lưới của chúng ta bằng cách sử dụng conchuột và các nút nằm trên Map Toolbar (Thanh Công Cụ Bản Đồ) được biểu diễn bêndưới. (Nếu thanh công cụ không nhìn thấy được hãy chọn View >> Toolbar >> Map).

Trước hết chúng ta sẽ thêm vào bể chứa. Nhấp nút Reservoir .Sauđó nhấp chuột trênbản đồ tại địa điểm của bể chứa (ở đâu đó phía bên trái của bản đồ).

Sau đó chúng ta sẽ thêm vào các nút mối nối. Nhấp nút Junction và sau đó nhấp vàobản đồ tại các địa điểm của các nút từ 2 tới 7.

Cuối cùng ta thêm đài nước vào bằng cách nhấp nút Tank và nhấp bản đồ nơi có đàinước. Tại điểm này bản đồ mạng lưới (Network Map) phải có dạng như bản vẽ trong Hình2.4.

Hình 2.4 Bản Đồ Mạng Lưới (Network Map) sau khi thêm các nút


14/164

13

Sau đó chúng ta sẽ thêm cácống vào. Hãy bắt đầu với ống 1 nối nút 2 với nút 3.Trước hết nhấp nút Pipe trên Toolbar (thanh công cụ). Sau đó nhấp chuột trên nút 2trên bản đồ và sau đó trên nút 3. Lưuý cách vẽ sơ đồ của ống khi bạn di chuyển con

chuột từ nút 2 tới nút 3. Hãy lặp lại quy trình này cho cácống từ 2 tới 7.

Pipe 8 có hìnhđường cong. Muốn vẽ nó, hãy nhấp chuột trước trên Nút5. Sau đó khi bạn di chuyển con chuột tới nút 6, hãy nhấp tại những điểm mà c ần đến một sự duy trìhướng để duy trì hình dạng mong muốn. Hãy hoàn thành quá trình bằng cách nhấp vàoNút 6.

Cuối cùng chúng ta sẽ thêm máy bơm vào. Hãy nhấp nút PumpĠ, nhấp vào nút 1 vàsau đó nút 2. Sau đó chúng ta sẽ tạo nhãn cho bể chứa, máy bơm và đài nước. Hãy chọn nút Text trên Map Toolbar và nhấp vào một nơi nào đó để đóng bể chứa lại (Nút 1). Một hộp điều chỉnh sẽ xuất hiên. Hãyđánh máy vào từ SOURCE và sau đó gõ phím Enter.Nhấp bên cạnh máy bơm và sau đó nhập nhãn của nó vào, r ồi làm tương tự cho đàinước. Sau đó nhấp nút Selection trên Toolbar (thanh công cụ) để đưa bản đồ vào chế độ Object Selection thay vì chế độ Text Insertion.

Tại thời điểm này chúng ta hoàn thành việc vẽ mạng lưới ví dụ. Network Map của bạnphải trôngnhư bản đồ ở Hình 2.1. Nếu các nút nằm sai vị trí bạn có thể di chuyển chúngbằng cách nhấp vào nút để chọn nó, và sau đó kéo nó với nút chuột trái giữ nguyênở vịtrí mới của nó. Chú ý xem cácống nối với nút được di chuyển cùng với nút như thế nào.Các nhãn có thể được thay đổi vị trí theo kiểu tương tự. Muốn tạo hình lại cho Pipe 8 có dạng đường cong:

1. Trước hết nhấp lên Pipe 8 để chọn nó và sau đó nhấp nút định vị trên MapToolbar để đưa bản đồ vào chế chộ Vertex Selection.

2. Chọn một điểm đỉnh (vertex) trên ống bằng cách nhấp lên nó và sauđó kéo nó tới một vị trí mới với nút chuộttrái giữ nguyên.

3. Nếu cần, các đỉnh có thể được thêm vào hay xóa khỏi ống bằng cách nhấp chuột phải và chọn lựa chọn phù hợp từ trìnhđơn popup xuất hiện trên màn hình.


15/164

14

4. Khi k ết thúc, nhấp để trở lại chế độ Object Selection.

2.5 Định các đặc tính của đối tượng (Object Properties)

Khi các đối tượng được thêm một project chúng được gán cho một tập hợp các đặc điểm mặc định. Muốn thay đổi giá trị của một đặc điểm cụ thể cho một đối tượng ta phải chọn đối tượng vào Property Editor (Hình 2.5). Có một số cách khác nhau để làm điều này. Nếu Editor đã nhìn thấy được thì bạn có thể làm cho nó xuất hiện bằng một trong những bước sau đây:

Nhấp đúp vào đối tượng trên bản đồ.

Nhấp phải lên đối tượng và chọn Properties từ trìnhđơn popup xuất hiện trên mànhình.

Chọn đối tượng từ trang Data của cửa sổ Browser và sau đó nhấp nút Browser’sEdit.

Mỗi khi Property Editor có điểm tập trung bạn có thể nhấn phím F1 để có được những

mô tả đầy đủ hơn của các đặc điểm liệt k ê

Hình 2.5 Property Editor


16/164

15

Chúng ta hãy bắt đầu sửa đổi bằng cách chọn nút 2 vào Property Editornhư biểu diễnở trên. Bây giờ chúng ta nhập độ cao và nhu c ầu cho nút này trong những trường hợp thích hợp. Bạn có thể sử dụng các mũi tên Up và Down trên bàn phím hay con chuột để

di chuyển giữa các trường này. Chúng ta chỉ cần nhấp lên một đối tượng khác (nút haymối nối) để làm cho các đặc điểm của nó xuất hiện tiếp trên Property Editor. (Chúng tacũng có thể nhấn phím page down hay page up để di chuyển tới đối tượng tiếp theo hayđối tượng trước thuộc cùng loại trong cơ sở dữ liệu) Như vậy chúng ta có thể chỉ cần dichuyển từ đối tượng này sang đối tượng khác và điền vào độ cao và nhu c ầu cho các nút,chi ều dài, đường kính và độ nhám (yếu tố C) cho các mối nối.

Đối với đài nước bạn sẽ nhập độ cao của nó (700) trong trường Total Head (Tổng cột áp). Đối với đài nước, nhấp 830 cho độ cao của nó, 4 cho mức nước ban đầu, 20 cho mứcnước tối đa của nó, và 60 cho đường kính của nó. Đối với máy bơm, chúng ta c ần phải ấnđịnh cho nó một đường cong máy bơm (mốiquan hệ giữa cột áp và lưu lượng). Nhậpnhãn ID (ID label) 1 trong trường Pump Curve.

Tiếp theo chúng ta sẽ tạo ra Pump Curve 1. Từ trang Data của cửa sổ Browser, chọnCurves từ ô danh mục kéo và sau đó nhấp nút Add Một Curve 1 mới sẽ được thêm vàocơ sở dữ liệu và biểu thoại Curve Editor sẽ xuất hiện (xem Hình 2.6). Hãy nhập lưu lượng thiết kế máybơm (600) và cột áp (150) vào biểu này. Phươn trình của đường cong được biểu diễn cùng với hình dạng của nó. Nhấp OK để đóng Editor.

Hình 2.6 Curve Editor


17/164

16

2.6 Lưu và mở các dự án (Project)

Sau khi đã hoàn thành thiết kế ban đầu của mạng lưới của chúng ta, cần phải lưu lại công việc của chúng ta vào một tập tin vào thời điểm này.

1. Từ trìnhđơn File chọn lựa chọn Save as

2. Trong hộp thoại Save as xuất hiện trên màn hình, chọn tên một ngăn ngừa và tập tin để lưu project này. Chúng tôi đề nghị nên đặt tên cho tập tin này là tutorial.net.(Một phần mở rộng.net sẽ được thêm vào tên tập tin nếu ta không đặt).

3. Nhấp OK để lưu project này vào tập tin.

Các dữ liệu của project được lưu vào tập tin trong một định dạng nhị phân đặc biệt. Nếu bạn muốn lưu các dữ liệu mạng lưới vào tập tin dưới dạng văn bản có thể đọc được, hãy sử dụng lệnh file >> Export >> Network thay vào đó.

Muốn mở project , chúng ta chọn lệnh Open từ trìnhđơn File.

2.7 V ận hành một phân tích khoảng thời gian ri êng rẽ

Bây giờ chúng ta có đủ thông tin để vận hành một phân tích thủy lực khoảng thời gianriêng rẽ (hayảnh chụp nhanh) trên mạng lưới ví dụ của chúng ta. Để vận hành sự phântích chọn Project >> Run Analysis hay nhấp nút Run trên Standard Toolbar. (Nếuthanh công cụ không nhìn thấy được hãy chọn View >> Toolbars >> Standard từ thanh trìnhđơn.)

Nếu sự vận hành không thành công, một cửa sổ Status Report sẽ xuất hiện cho thấy vấn đề xảy ra. Nếu nó vận hành thành công, bạn có thể xem các kết quả tính toán theo nhi ều cách. Hãy thử một số trong các cách sau:

Chọn Node Pressure từ trang Browser’s Map và quan sát các giá trị áp lực tại các nút trở nên được mã màu (color-coded) như thế nào. Muốn xem lời chú giải cho việc mã màu (color-coding), hãy chọn View >> Legends >> Node (hay nhấp phải

trên một phần trống của bản đồ và chọn Node Legend từ trình đơn popup). Mu ốn


18/164

17

thay đổi khoảng cách và màu của lời chú giải, hãy nhấp phải trên lời chú giải để làm cho Legend Editor xuất hiện.

Làm xuất hiện Property Editor (nhấp đúp trên bất cứ nút hay mối nối nào) và lưu ýcác k ết quả tính toán được hiển thị ở cuối danh mục đặc điểm.

Hãy tạo ra một danh sách kết quả bằng bảng biểu bằng cách chọn Report >>Table (hay bằng cách nhấp nút Table trên Standard Toolbar). Hình 2.7 hiển thị một bảng như vậy cho các kết quả mắt xích của khoảng này. Lưuý rằng các lưulượng với các dấu âm có nghĩa là lưu lượng ở hướng đối lập với hướng mà ốngđược vẽ ban đầu.

Hình 2.7 Bảng ví dụ các kết quả mối nối

2.8 V ận hành một phân tích thời gian kéo d ài (Extended Period)

Để làm cho mạng lưới của chúng ta hiện thực hơn cho việc phân tích một thời gian vận hành kéo dài chúng ta sẽ tạo ra một kiểu thời gian mà đặt ra các lệnh tại các nút they đổi một cách định kỳ trong ngày. Đối với ví dụ đơn giản này chúng ra sẽ sử dụng mộtbước thời gian mô hình 6 giờ như vậy làm cho các lệnh thay đổi vào bốn thời gian khácnhau trong ngày (một bước thời gian Pattern 1 giờ là một con số tiêu biểu hơn và là sựmặc định gán cho các project mới.) Chúng ta định ra bước thời gian mô hình bằng cách


19/164

18

chọn Options-Times từ Data Browser, nhấp nút Browser’s Edit để làm cho Property Editorxuất hiện (nếu như nó không nhìn thấy được), và nhập 6 cho giá trị của Bước Thời GianMô Hình (như được biểu diễn trong Hình 2.8 bên dưới). Trong khi chúng ta có Time

Options sẵn có chúng ta cũng định ra khoảng thời gian mà chúng ta muốn thời gian kéodài (extended period simulation) vận hành. Hãy sử dụng một khoảngthời gian 3 ngày(nhập 72 giờ cho đặc điểm Duration).

Hình 2.8 Times Options

Muốn tạo ra mô hình, hãy chọn loại Patterns trong Browser và sau đó nhấp nút Add. Một Pattern 1 mới sẽ được tạo ra và hộp thoại Pattern Editor sẽ xuất hiện (Xem Hình2.9). Hãy nhập các giá trị 0,5; 1,3;, 1,0; 1,2 cho các khoảng thời gian 1 tới 4 mà sẽ cho mô hình của chúng ta một khoảng thời gian là 24 giờ. Các số nhân được sử dụng để sửa đổi nhu c ầu từ mức căn bản của nó trong mỗi khoảng thời gian. Vì chúng tađang tạo ramột vận hành 72 giờ, mô hình sẽ bao quanh để bắt đầu sau mỗi khoảng thời gian 24 giờ.


20/164

19

Hình 2.9 Pattern Editor

Bây giờ chúng ta cần phải ấn định Pattern 1 cho đặc điểm Damand Pattern của tất cả cácmối nối trong mạng lưới của chúng ta. Chúng ta có thể sử dụng một trong các Hydraulic

Options của EPANET để tránh việc phải sửa đổi mỗi mối nối một cách riêng rẽ. Nếu bạn làm xuất hiện Hydraulic Options trong Property Editor bạn sẽ thấy rằng có một mục gọi làDefault Pattern. Việc định cho giá trị của nó bằng 1 sẽ làm cho Demand Pattern tại mỗi mối nối bằng Pattern 1, một khi không có mô hình nào khácđược gán cho mối nối.

Tiếp theo vận hành sự phân tích (chọn Project >> Run Analysis hay nhấp nút định vị trên StandardToolbar). Đối với phân tích khoảng thời gian kéo dài (extended period) bạn

có một số cách nữa để xem kết quả:

Thanh cuộn trong các nút kiểm soát Time của Browser được sử dụng để hiển thị bản đồ mạng lưới tại những thời điểm khác nhau. Hãy thử thực hiện điều này với Pressure đượcchọn như là thông số nút và Flow như là thông số mối nối.

Các nút theo kiểu VCR trong Browser có thể kích hoạt bản đồ theo thời gian. Hãynhấp nút Forward (chạy tới) để bắt đầu kích hoạt và nút Stop để ngưng nó lại.


21/164

20

Hãy thêm các mũi tên hướng dòng chảy vào bản đồ (chọn View >> Options,chọn trang Flow Arrows từ hộp thoại Map Options, và đánh dấu kiểm (check) mộtkiểu mũi tên mà bạn muốn sử dụng). Sau đó hãy bắt đầu kích hoạt lại và lưuý sự

thay đổi hướng dòng chảy qua ống nối với đài nước khi đài nước nhận nước và xả nước theo thời gian.

Hãy tạo ra một bản vẽ loạt thời gian cho bất cứ nút hay mối nối nào. Ví dụ, muốn xem độ cao của nước trong đài nước thay đổi như thế nào theo thời gian:

1. Nhấp vào đài nước.

2. Chọn Report >> Graph (hay nhấp nút Graph trên Standard Toolbar) mà sẽhiển thị một hộp thoại Graph Selection.

3. Hãy chọn nút Time Series trên hộp thoại.

4. Chọn Head như là thông số để vẽ.

5. Nhấp OK để chấp nhận việc chọn biểu đồ của bạn.

Hãy lưuý hành viđịnh kỳ của độ cao nước trong đài nước theo thời gian (Hình 2.10)

Hình 2.10 Ví Dụ Bản Vẽ Loạt Thời Gian


22/164

21

2.9 V ận Hành Một Phân Tích Chất Lượng Nước

Tiếp theo chúng tôi cho thấy cách kéo dài phân tích mạng lưới mẫu của chúng tôiđể bao g ồm chất lượng nước. Trường hợp đơn giản nhất là theo dõi sự phát triển của tuổi của nước trên toàn bộ mạng lưới theo thời gian. Để thực hiện phân tích này chúng ta chỉ phải chọn Age cho đặc điểm Parameter trong Quality Options (chọn Quality Options từ trang Data của Browser, sau đó nhấp nút Edit Browser để làm cho Property Editor xuất hiện.) Hãy vận hành phân tích và chọn Age như là thông số để xem trên bản đồ. Hay tạo ra một bản vẽ loạt thời gian cho Age trong đài nước. Lưuý rằng không như mức nước, 72giờ không phải là đủ thời gian để đài nước đạt tới hành vi định kỳ cho tuổi của nước. (Điều kiện mặc định ban đầu là bắt đầu tất cả các nút với tuổi bằng 0.) Hãy thử lặp lại việc mô phỏng sử dụng một khoảng thời gian 240 giờ hay ấn định một tuổi ban đầu bằng60 giờ cho đài nước (nhập 60 như là giá trị của Initial Quality trong Property Editor chođài nước).

Cuối cùng chúng tôi cho thấy cách mô phỏng sự vận chuyển và hư hỏng (decay) của Clo qua mạng lưới. Hãy thực hiện những thay đổi sau cho cơ sở dữ liệu:

1. Chọn Options-Quality để sửa đổi từ Data Browser. Trong trường Property Editor’sParameter hãy gõ vào từ Chlorine.

2. Hãy chuyển sang Options-Reactions trong Browser. Đối với Global Bulk Coefficienthãy nhập một giá trị bằng-1,0. Điều này phản ánh tốc độ mà tại đó Clo sẽ bị phânrã do những phản ứng trong lưu lượngkhối theo thời gian. Tốc độ này sẽ áp dụngcho tất cả các ống trong mạng lưới. Bạn có thể sửa đổi giá trị này cho cácống

riêng rẽ nếu bạn cần.

3. Hãy nhấp vào nút đài nước và ấn đĩnh Initial Quality của nó bằng 1,0. Đây sẽ làn ồng độ Clo mà liên tục đi vào mạng lưới. (Hãy ấn định lại chất lượng ban đầu trong Tank bằng 0 nếu như bạn đã thayđổi đó)

Bây giờ hãy vận hành ví dụ. Hãy sử dụng các nút kiểm soát Time trên Map Browser đểxem các mức Clo thay đổi theo vị trí và thời gian như thế nào trên toàn bộ sự môphỏng. Hãy lưuý đối với mạng lưới đơn giản này, chỉ có các mối nối 5, 6, và 7 nhìn thấy các mức


23/164

22

Clo bị giảm xuống do được cung cấp bởi nước Clo thấp từ đài nước. Hãy tạo ra một Reaction Report (Báo Cáo Phản Ứng) cho sự vận hành này bằng cách chọn Report >> Reaction từ trình đơn chính. Báo cáo này phải trông như Hình 2.11. Nó cho thấy trung

bình lượng Clo thất thoát là bao nhiêu xảy ra trong các ống đối lập với đài nước. Thuậtngữ “khối” chỉ các phản ứng xảy ra trong chất lỏng khối trong khi “thành” chỉ các phảnứng với vật liệu trên thànhống. Phản ứng sau bằng zero vì chúng tađã khôngđịnh rõ bấtcứ hệ số phản ứng thành nào trong ví dụ này.

Hình 2.11 Ví Dụ Về Reaction Report (Báo Cáo Phản Ứng)

Chúng ta chỉ mới chạm tới bề mặt của nhiều khả năngkhác nhau mà EPANET cung cấp. Một số đặc điểm nữa của chương trình mà bạn phải thử nghiệm là:

Sửa đổi một đặc điểm cho một nhóm các đối tượng nằm bên trong một khu vực xác định bởi người sử dụng.

Sử dụng các câu trình bày Controlđể dựa sự vận hành máy bơm vào thời gian

trong ngày hay các mức nước đài nước.


24/164

23

Khảo sát các Map Options khác nhau, chẳng hạn như làm cho kích cỡ của nút liênquan tới giá trị.

Gắn một bản đồ backdrop (chẳng hạn như một bản đồ đường phố) vào bản đồ mạng lưới.

Tạo ra nhiều loại biểu đồ khác nhau, chẳng hạn như các bản vẽ mặt cắt và các bảnvẽ đườg đồng mức.

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

Sao chép bản đồ, biểu đồ, hay một báo cáo vào vùng lưu trữ tạm hay một tập tin.

Lưu và xem lại một kịch bản thiết kế (có nghĩa là, các nhu c ầu nút hiện tại, các giátrị độ nhám ống v.v...)


25/164

24

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH M ẠNG LƯỚI

Chương này bàn về cách EPANET lập mô h ình cácđối tượng vật lý m à t ạo thành m ột h ệ

th ống phân phối cũng như các thông số vận h ành c ủa nó. Các chi tiế t v ề vi ệc thông tin này được nhập vào chương tr ình nh ư thế nào được hiển thị trong các chương sau. M ộtph ần khái quát c ũng được cung cấp theo các phương pháp tính toán mà EPANET s ử dụng để mô ph ỏng h ành vi th ủy lực v à v ận chuyển chất lượng nước.

3.1 Các Thành Ph ần cơ bản

EPANET lập mô hình một hệ thống phân phối như là một tập hợp các mắt xích được nối với các nút. Các mắt xích đại diện cho các ống, máy bơm, và van điều khiển. Các nút đại diện cho các mối nối, đài nước, và bể chứa. Hình dưới đây minh họa các đối tượng này cóthể được nối với nhau như thế nào để tạo thành một mạng lưới.

Hình 3.1 Các Thành Ph ần Cơ bản Trong Một Hệ Thống Phân Phối Nước

Các Mối Nối

Các mối nối là những điểm trong mạng lưới nơi các mắt xích nối lại với nhau và nơi nước đi vào hay ra khỏi mạng lưới. Các số liệu đầu vào căn bản được đòi hỏi cho các mốinối là:

độ cao bên trên một chuẩn nào đó (thường có nghĩa là mực nước biển trung bình)

Nhu c ầu nước (tốc độ rút nước từ mạng lưới)


26/164

25

Chất lượng nước ban đầu.

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

Cột áp thủy lực (năng lượng bên trong trên trọng lượng đơn vị của chất lỏng)

áp lực

Chất lượng nước

Các mối nối cũng có thể:

Có nhu c ầu thay đổi theo thời gian

Có nhi ều loại nhu cầu khácnhauấn định cho chúng

Có các nhu c ầu âm chỉ ra rằng nước đang đi vào mạng lưới

Chứa các emitter (hay bình phun (sprinkler) mà làm cho tốc độ dòng chảy ra phụ

thuộc vào áp lực.

Bể Chứa

Bể chứa là những nút đại diện cho nguồn nước bên ngoài hay khôngxác định tới mạng lưới. Chúng được sử dụng để lập mô hình cho những thứ như hồ, sông, các t ầng ngậm nước ngầm, và các tie-ins tới những hệ thống khác. Các bể chứa cũng có thể đóngvai trò như là những điểm nguồn chất lượng nước.

Các đặc điểm đầu vào đầu tiên cho bể chứa là cột áp thủy lực của nó (bằng với độ cao mặt nước nếu bể chứa không có áp) và chất lượng ban đầu của nó cho phân tích chất lượng nước.

Vì bể chứa là một điểm ranh giới tới một mạng lưới, cột áp và chất lượng nước của nó không thể bị ảnh hưởng bởi những gì xảy ra bên trong mạng lưới. Do đó nó không có các

đặc điểm đầu ra theo tính toán. Tuy nhiên cột áp của nó có thể được làm cho thay đổi


27/164

26

theo thời gian bằng cách ấn định một mô hình thời gian cho nó (xem Time Patterns (CácMô Hình Thời Gian bên dưới).

Đài Nước

Đài nước là các nút với khả năng lưu trữ, nơi lượng nước lưu trữ có thể thay đổi theo thời gian trong mộtsự mô phỏng. Các đặc điểm đầu vào ban đầu cho các đài nước là:

độ cao đáy (nơi mực nước bằng không)

đường kính (hay hình dạng nếu khôngphải hình trụ)

Các mực nước ban đầu, trung bình hay tối đa

Chất lượng nước ban đầu.

Các đầu ra chính được tính theo thời gian là:

cột áp thủy lực (độ cao mặt nước)

chất lượng nước.

Các đài nước đòi hỏi phải vận hành trong phạm vi mức tối thiểu và tối đa của chúng.EPANET ngưng dòng chảy ra nếu một đài nước ở mức tối thiểu của nó và ngưng dòngchảy vào nếu nó ở mức tối đa. Các đài nước cũng có thể đóng vai trò như là các điểm ngu ồn chất lượng nước.

Đoạn ống.

Đoạn ống được nối để vận chuyển nước từ một điểm trong mạng lưới đến một điểm khác.Epanet chấp nhận đầy đủ tất cả các đoạn ống ở tất cả thời điểm. Hướng lưu lượng bắt đầu từ điểm có cột áp cao đến nơi có cột áp thấp. Các số liệu thủy lực chủ yếu đặt vàotrong đoạn ống là:

Nút d ầu và nút cuối

Đường kính ố ng


28/164

27

Chi ều dài

Hệ số tổn thất áp lực trong ống

Hiện trạng (mở, đóng hoặc chứa van)

K ết quả tính toán cho các ống bao gồm:

Tốc độ dòng chảy

Vận tốc

Tổn thất cột áp

Y ếu tố ma sát Darcy-Weisbach

Tốc độ phản ứng trung bình (trên chi ều dàiống)

Chất lượng nước trung bình (trên chi ều dàiống)

Cột áp thủy lực bị thất thoát bởi nước chảy trong ống do ma sát với thành ống có thể được tính toán sử dụng một trong ba công thức khác nhau:

Công thức Hazen-Williams

Công thức Darcy-Weisbach

Công thức Chezy-Manning

Công thứcHazen-Williams là công thức tổn thất cột áp thường được sử dụng nhất tại Mỹ.Nó không thể được sử dụng cho các chất lỏng khác ngoài nước và ban đầu chỉ được pháttriển cho dòng chảy rối. Công thức Darcy-Weisbach đúng nhất về mặt lý thuyết. Nó được áp dụngcho tất cả các chế độ dòng chảy và cho tất cả các chất lỏng. Công thức Chezy-Manning được sử dụng phổ biến hơn cho dòng chảy trong k ênh mở.

Mỗi công thức sử dụng phương trình sauđể tính toán tổn thất cột áp giữa nút đầu và nútcuối của ống:


29/164

28

hL = AqB

trong đó hL = tổn thất cột áp (m), q = tốc độ dòng chảy (Lượng nước/thời gian), A = hệ số sức cản, và B = số mũ lưu lượng. Bảng 3.1 liệt k ê các biểu thức cho hệ số sức cản vàcác giá trị cho số mũ lưu lượng cho mỗi công thức. Mỗi công thức sử dụng một hệ số độ nhámống khác nhau mà phải được xác định theo kinh nghiệm. Bảng 3.2 liệt kê các phạmvi chung của những hệ số này cho các loại vật liệu ống mới khác nhau. Hãy chú ý rằng hệ số độ nhám ống có thể thay đổi đáng kể theo tuổi.

Với công thức Darcy-Weisbach EPANET sử dụng các phương pháp khác nhau để tính toányếu tố ma sát f tùy thuộc vào chế độ dòng chảy:

Công thức Hagen-Poiseuille được sử dụng cho dòng chảy tầng (Re < 2.000).

Con số xấp xỉ Swamee và Jain với phương trình Colebrook-White được sử dụng chodòng chảy rối (Re>4.000).

Một phép nội suy (interpolation) khối từ Moody Diagram (Biểu Đồ) được sử dụng cho dòng chảy chuyển tiếp (2.000 < Re < 4.000).

Hãy tham khảo Phụ Lục D về các phương trình thực tế được sử dụng.

Bảng 3.1 Các Công Thức Tổn Thất Cột ÁpỐng Cho Lưu Lượng Đầy Đủ

(cho tổn thất cột áp tính bằng ft và tốc độ dòng chảy tính bằng cf)

Công th ức H ệ số sức cản (A) S ố mũ lưu lượng (B)

Hazen-Williams 4,727 C-1,852d-4,871L 1,852

Darcy-Weisbach 0,0252f(, d, q)-5L 2

Chezy-Manning 4,66n2d-5,33L 2

Lưuý: C = hệ số nhám Hazen-Williams


30/164

29

= hệ số nhám Darcy-Weisbach (ft)

f = yếu tố ma sát (phụ thuộc vào , d, và q)

n = hệ số độ nhám Manning

d = đường kính ống (ft)

L = chi ều dàiống (ft)

q = tốc độ dòng chảy (cfs)

Bảng 3.2 Các Hệ Số Độ Nhám Cho Ống Mới

V ật li ệu Hazen-Williams C(không có đơn vị)

Darcy-Weisbach (ft x10 3 )

n c ủa Manning (không có đơn v ị)

Gang xám 130-140 0,85 0,012-0,015

Bê tông hay bê tônglót

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

Men sứ 110 0,013-0,015

Cácống có thể được định cho mở hay đóng vào những thời gian hiện tại hay khi những điều kiện cụ thể tồn tại, chẳng hạn như khi các mực nước đài nước giảm xuống dưới haytrên một số điểm ấn định, hay khi các áp lực nút giảm xuống dưới hay trên một số giá trị.

Hãy xem Ph ần thảo luận về Các nút kiểm soát (controls) trong Phần 3.2.


31/164

30

Những thất thoát nhỏ

Những thất thoát cột áp nhỏ (xem thêm những thất thoát vị trí) bị gây ra bởi sự hỗn loạn thêm vào mà xảy ra tại các điểm uốn và mối nối. Tầm quan trọng của việc bao g ồm những thất thoát như vậy phụ thuộc vào cách bố trí của mạng lưới và độ chính xác đòihỏi. Chúng có thể được giải thích bằng cách gán cho ống một hệ số thất thoát nhỏ. Sự thất thoát nhỏ trở thành sản phẩm của hệ số này và cột áp tốc độ của ống, có nghĩa là

hL = K g

v2

2

trong đó K = hệ số thất thoát nhỏ, v = tốc độ dòng chảy (m/s), và g = gia tốc trọng trường. Bảng 3.3 cung cấp các hệ số thất thoát nhỏ cho một số loại mối nối.

Bảng 3.3 Hệ Số Thất Thoát Nhỏ Cho Một Số Loại Mối Nối Lựa Chọn

MỐI NỐI HỆ SỐ THẤT THOÁT

Van c ầu, mở hết cỡ 10,0

Van góc, mở hết cỡ 5,0

Van đóng đu đưa, mở hết cỡ

2,5

Van cổng, mở hết cỡ 0,2

Cút bán kính ngắn 0,9

Cút bán kính trung bình 0,8

Cút bán kính dài 0,6

Cút 45 độ 0,4

Ống cong đóng 2,2


32/164

31

T chuẩn-dòng chảy qua ống 0,6

T chuẩn-dòng chảy qua

nhánh

1,8

Lối vào hình vuông 0,5

Lối thoát 1,0

Máy Bơm

Máy bơm là những mắt xích mà truy ền năng lượng cho một chất lỏng qua đó nâng cộtáp thủy lực lên. Các thông số đầu vào chính cho một máy bơm là các nút đầu và cuối củanó và đường cong máy bơm của nó (kết hợp giữa cột áp và lưu lượng mà máy bơm cóthể tạo ra). Thay cho một đường cong máy bơm, máy bơm có thể được coi như là một thiết bị năng lượng không đổi, một thiết bị cung cấp một lượng năng lượng không đổi (mãlực hay kilowat) cho tất cả các kết hợp giữa lưu lượng và cột áp.

Các thông số đầu ra chính là lưu lượng và cột áp tăng thêm. Lưu lượng qua một máy bơm là một chiều và EPANET sẽ không cho phép một máy bơm vận hành bên ngoài phạmvi của đường cong máy bơm của nó.

Các máy bơm có tốc độ thay đổi cũng có thể được xem xét bằng cách định rõ rằng giátrị (setting) t ốc độ của chúng thay đổi trong c ùng lo ại điều kiện. Theo định nghĩa, đường cong máy bơm ban đầu được cung cấp cho chương trình có một giá trị (setting) tốc độtương đối bằng 1. Nếu tốc độ máy bơm gấp đôi, thì giá trị (setting) tương đối sẽ là 2; nếuchạy với nửa tốc độ, thì giá trị (setting) tương đối bằng 0,5 v.v. Việc thay đổi tốc độ bơm chuyể n vị trí và hình dạng của đường cong máy bơm (xem Phần Đường Cong Máy Bơmbên dưới).

Như với các ống, máy bơm có thể được bật và tắt vào những thời gian được địnhtrước hay khi một số điều kiện nhất định tồn tại trong mạng lưới. Sự vận hành của mộtmáybơm cũng có thể được mô tả bằng cách ấn định cho nó một kiểu thời gian với những

giá trị (setting) t ốc độ tương đối. EPANET cũng có thể tính toán sự ti êu th ụ năng lượng và


33/164

32

chiphí máy bơm. Mỗi máy bơm có thể được ấn định một đường cong hệ số và thời gian biểu giá năng lượng. Nếu chúng không được cung cấp thì một tập hợp các lựa chọn năng lượng sẽ được sử dụng.

Lưu lượng qua bơm là một chiều. Nếu các điều kiện hệ thống đòi hỏi nhiều cột áp hơn máy bơm có thể tạo ra, EPANET sẽ đóng máy bơm lại. Nếu nhiều hơn lưu lượng tối đa được đòi hỏi, EPANET ngoại suy đường cong máy bơm tới lưu lượng theo yêu c ầu, ngaycả khi điều này tạo ra một cột áp âm. Trong cả hai trường hợp một thông điệp khuyến cáo sẽ được đưa ra.

Van

Van là những mắt xích mà giới hạn áp lực hay lưu lượng tại một thời điểm cụ thể trongmạng lưới. Các thông số đầu vào chính của chúng bao gồm:

Các nút đầu và cuối

đường kính

Giá trị (setting)

Trạng thái

Các giá trị đầu ra được tính toán cho một van là tốc độ dòng chảy và tổn thất cột áp.

Các loại van khác nhau được bao gồm trong EPANET là:

Van giảm áp (PRV)

Van giữ áp (PSV)

Van ngắt áp (pressure breaker) (PBV)

Van kiểm soát lưu lượng (FCV)

Van kiểm soát tiết lưu (TCV)


34/164

33

Van mục đích chung (GPV)

Các PRV giới hạn áp lực tại một điểm trong mạng lưới ống. EPANET tính toán là một PRV có thể ở đâu trong ba trạng thái khác nhau:

Mở một phần (có nghĩa là tích cực) để đạt được giá trị (setting) áp lực của nó ở phía cuối dòng của nó khi áp lực đầu dòng cao hơn giá trị (setting).

mở hoàn toàn nếu áp lực đầu dòng thấp hơn giá trị (setting)

đóng nếu áp lực ở phía cuối dòng vượt quá áp lực ở phía đầu dòng

Các PSV duy trì một áp lực ấn định tại một điểm cụ thể trong mạng lưới ống. EPANETtính toán là một PSV có thể ở đâu trong ba trạng thái khác nhau:

Mở một phần (có nghĩa là tích cực) để duy trì giá trị (setting) áp lực của nó ở phíađầu dòng của nó khi áp lực cuối dòng thấp hơn giá trị này

mở hoàn toàn nếu áp lực cuối dòng cao hơn giá trị (setting)

đóng nếu áp lực ở phía cuối dòng vượt quá áp lực ở phía đầu dòng (có ngh ĩa làdòng chảy ngược không được phép).

PBV buộc một sự thất thoát áp lực xác định xảy ra qua van. Dòng chảy qua van có thể theo một trong hai hướng. PBV không phải là thiết bị cơ bản thực sự nhưng có thể được sử dụng để lập mô hình các tình huống mà ở đó mộtsự sút giảm áp lực cụ thể được biết là t ồn tại.

Các FCV giới hạn lưu lượng tới một lượng xác định. Chương trình đưa ra một thôngđiệp cảnh báo nếu lưu lượng này không thể duy trì được mà không phải thêm vào cột áp bổ sung tại van (có nghĩa là lưu lượng không thể duy trì được ngay cả với van mở hoàntoàn).

Các TCV mô phỏng một van đóng một phần bằng cách điều chỉnh hệ số tổn thất cột

áp nhỏ của van. Một mối quan hệ giữa mức độ đóng của van và hệ số tổn thất cột áp kéotheo thường sẵn có từ nhà sản xuất van.


35/164

34

GPV được sử dụng để đại diện cho một mắt xích nới người sử dụng cung cấp một lưu lượng đặc biệt-mối quan hệ tổn thất cột áp thay vì theo một trong những công thức thủy lực chuẩn. Chúng có thể được sử dụng để lập mô hình các tuốcbin, các van ngăn dòng

chảy ngược.

Các van ngắt (cổng) và van kiểm tra (không chảy ngược), mà mở hay đóng ống hoàntoàn, không được coi là các mắt xích van riêng rẽ mà thay vào đó được bao g ồm như mộtđặc điểm của ống nơi chúng được đặt.

Mỗi loại van có một loại thông số giá trị (setting) khác nhau mà mô tả điểm vận hànhcủa nó (áp lực cho các PRV, PSV, và PBV; lưu lượng cho các FCV; hệ số tổn thất cho cácTCV, và đường cong tổn thất cột áp cho các GPV).

Các van có thể có tình trạng kiểm soát bị gối lên nhau khi ta định rõ là chúng hoàntoàn mở hay hoàn toàn đóng. Tình trạng của van và giá trị (setting) của nó có thể đượcthay đổi trong một sự mô phỏng bằng cách sử dụng các trạng thái kiểm soát.

Do cách lập mô hình van mà các quy tắc sau đây được áp dụng khi thêm vào một

mạng lưới: một PRV, PSV hay FCV có thể được nối trực tiếp vào một bể chứa hay đài nước (sử

dụng một chiều dàiống để tách hai vật ra)

các PRV không thể chia sẻ cùng một mắt xích cuối dòng hay nối vào một chuỗi

hai PSV không thể chia sẻ cùng một mắt xích cuối dòng hay nố i vào một chuỗi

một PSV không thể được nối vào nút cuối dòng của một PRV.

3.2 Các Thành Ph ần không Cơ bản

Ngoài các thành ph ần cơ bản, EPANET còn áp dụng ba loại đối tượng thông tin-đường cong, mô hình, kiểm soát-mà mô tả hành vi và các khía cạnh vận hành của một hệ thống phân phối.


36/164

35

Đường Cong

Đường cong là các đối tượng có chứa các cặp số liệu chỉ mối quan hệ giữa hai lượng. Hai đối tượng hay hơn có thể chia sẻ cùng một đường cong. Một mô hình EPANET có thểsử dụng các loại đường cong sau:

Đường Cong Máy Bơm

Đường Cong Tính Hiệu Quả

Đường Cong Dung Tích

Đường Cong Tổn Thất Cột Áp

Đường Cong Máy Bơm

Một Đường Cong Máy Bơm đại diện cho mối quan hệ giữa cột áp và tốc độ dòng chảy màmột máy bơm có thể tạo ra tại giá trị (setting) tốc độ danh nghĩa của nó. Cột áp là cột áptăng thêm cho nước bởi máy bơm và được vẽ trên trục tung (Y) của đường cong tính

bằng ft (mét). Tốc độ dòng chảy được vẽ trên trục hoành (X) của đường cong tính bằng đơn vị lưu lượng. Một đường cong máy bơm hợp lý phải có cột áp giảm dần với lưu lượng tăng dần.

EPANET sẽ sử dụng một hình dạng đường cong máy bơm khác tùy thuộc vào số điểmđược cung cấp (xem Hình 3.2):


37/164

36

Hình 3.2 Ví Dụ Các Đường Cong Máy Bơm

Đường cong một điểm-Một đường cong máy bơm một điểm được xác định bởi một kế thợp cột áp-lưu lượng riêng rẽ đại diện cho một điểm vận hành mong muốn của máy bơm.

EPANET thêm hai điểm nữa vào đường cong bằng cách giả định một cột áp đóng tại lưu lượng zero bằng 133% cột áp thiết kế và một lưu lượng tối đa với cột áp zero bằng hai l ần lưu lượng thiết kế. Khi đó nó xử lý đường cong như là đường cong ba điểm.

Đường cong ba điểm. Một đường cong máy bơm ba điểm được xác định bởi ba điểm vậnhành: một điểm lưu lượng thấp (lưu lượng và cột áp trong điều kiện lưu lượng thấp hay bằng zero),một điểm lưu lượng thiết kế (lưu lượng và cột áp tại điểm vận hành mong

muốn), và một điểm lưu lượng tối (lưu lượng và cột áp với lưu lượng tối đa). EPANET cố gắng khớp vào một hàm liên tục của biểu

hG = A-BqC

qua ba điểm để xác định toàn bộ đường cong máy bơm. Trong hàm này, hg = cột áp tăng thêm, q = tốc độ dòng chảy, và A, B, và C là các hằng số.


38/164

37

Đường cong nhiều điểm-Một đường cong nhiều điểm được xác định bằng cách cung cấp một cặp điểm cột áp-lưu lượng hay bốn hay hơn những điểm như vậy. EPANET tạora mộtđường cong hoàn chỉnh bằng cách tối các điểm lại bằng các đoạn thẳng.

Đối với các tốc độ máy bơm thay đổi, đường cong máy bơm dịch chuyển khi tốc độ thayđổi. Các mối quan hệ giữa lưu lượng (Q) và cột áp (H) ở các tốc độ N1 và N2 là

2

1

2

1

N

N

Q

Q 2

2

1

2

1

N

N

H

H

Đường Cong Tính Hiệu Quả

Một Đường cong tính hiệu quả xác định tính hiệu quả của máy bơm (Y tính bằng tỉ lệ ph ần trăm) như một hàm của tốc độ dòng chảy máy bơm (X tính bằng đơn vị lưu lượng).Một ví dụ đường cong tính hiệu quả được biểu diễn trong Hình 3.3. Tính hiệu quả phải đạidiện cho tính hiệu quả dây-tới-nước (wire-to-water) mà có tính đến những thất thoát cơkhí trong bản thân máy bơm cũng như những thất thoát về điện trong môtơ máy bơm. Đường cong chỉ được sử dụng cho những tính toán năng lượng. Nếu không được cung

cấp cho một máy bơm cụ thể thì tính hiệu quả máy bơm toàn thể cố định sẽ được sửdụng.

Hình 3.3 Đường Cong Tính Hiệu Quả Máy Bơm


39/164

38

Đường Cong Dung Tích

Một Đường cong dung tích xác định dung tích lưu trữ (Y tính bằng ft khối hay mét khối ) thay đổi như một hàm của mức nước (X tính bằng ft hay mét). Nó được sử dụng khi cần phải mô tả chính xác các đài nước mà diện tích mặt cắt thay đổi theo độ cao. Những mứcnước trên và dưới được cung cấp cho đường cong phải chứa những mức trên và dưới màđài nước vận hành trong đó. Một ví dụ về đường cong dung tích đài nước được cho dướiđây.

Hình 3.4 Đường Cong Dung Tích Đài Nước

Đường Cong Tổn Thất Cột Áp

Một Đường Cong Tổn Thất Cột Áp được sử dụng để mô tả tổn thất cột áp (Y tínhbằng ft khối hay mét khối) thông qua van mục đích chung (GPV) như một hàm của tốc độdòng chảy (X tính bằng đơn vị lưu lượng). Nó cung cấp khả năng lập mô hình các thiết bịvà các tình huống với những mối quan hệ tổn thất cột áp-lưu lượng duy nhất, chẳng hạnnhư các van giảm lưu lượng-ngăn ngừa dòng chảy ngược, tuôcbin, và hành vi tốc độ hạthấp mực nước giếng (well draw-down behaviour).


40/164

39

Các Kiểu Thời Gian

Kiểu thời gian là một tập hợp các số nhân mà có thể được áp dụng cho một lượng để cho phép nó thay đổi theo thời gian. Các nhu cầu nút, cột áp bể chứa, thời gian biểu máybơm, và các thông số đầu vào của nguồn chất lượng nước có thể có tất cả các kiểu thời gian liên quan tới chúng. Khoảng thời gian được sử dụng trong tất cả các kiểu là một giátrị cố định, được ấn định với các Lựa Chọn Thời Gian của project (Xem Phần 8.1). Trongkhoảng cách này một lượng vẫn nằm ở một mức không đôi, bằng với sản phẩm có giá trị danh ngh ĩa của nó và số nhân của kiểu cho khoảng thời gian đó. Mặc dù tất cả các kiểu thời gian phải sử dụng cùng một kiểu thời gian, mỗi kiểu có thể có một số khoảng thời gian khác nhau. Khi đồng hồ mô phỏng vượt quá số khoảng thời gian trong một kiểu, thìkiểu đó sẽ bao quanh khoảng thời gian đầu tiên của nó một lần nữa.

Như một ví dụ về việc các kiểu thời gian làm việc như thế nào hãy xem xét một nút mối nối với một nhu cầu trung bình bằng 10 gpm. Hãy giả sử rằng khoảng cách của kiểu thời gian đã được ấn định là 4 giờ và một kiểu với những số nhân sau đây đã được định rõcho nhu c ầu tại nút này:

Khoảng thời gian 1 2 3 4 5 6

00,5 0,8 1,0 1,2 0,9 0,7

Khi đó trong khi mô phỏng nhu cầu thực tế tại nút này sẽ như sau:

Khoảng thời gian 0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 20-24 24-28

5 8 10 12 9 7 5

Kiểm Soát (Controls)

Kiểm soát những báo cáo mà xác định mạng lưới vận hành như thế nào theo thời gian. Chúng định rõ tình trạng của các mắt xích được chọn như một hàm thời gian, mứcnước của đài nước, và áp lực tại những điểm đã chọn trong mạng lưới. Có hai loại kiểmsoát có thể được sử dụng:


41/164

40

Kiểm Soát Đơn Giản (Simple Control)

Kiểm Soát Dựa Trên Quy Tắc (Rule-Based Control)

Kiểm Soát Đơn Giản (Simple Control)

Kiểm Soát Đơn Giản (Simple Control) làm thay đổi trạng thái hay giá trị (setting) của một mắt xích dựa trên:

mức nước trong một đài nước

áp lực tại một mối nối,

thời gian vào sự mô phỏng,

thời gian trong ngày.

Chúng là những dòngđược diễn tả trong một trong ba định 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

trongđó:

x = một nhãn hiệu ID mắt xích,

status = MỞ hay ĐÓNG (OPEN or CLOSED), một giá trị (setting) tốc độ máy bơm, hay một giá trị (setting) van kiểm soát,

y = một nhãn hiệu ID nút,

z = một áp lực cho một mối nối hay một mức nước cho một đài nước,

t = một thời gian từ khi bắt đầu mô phỏng tính bằng giờ thập phân hay bằng ký hiệu giờ:phút


42/164

41

c = một thời gian đồng hồ 24 giờ

Một số ví dụ về những kiểm soát đơn giản là:

Dòng ki ểm soát Ý ngh ĩa

LINK 12 CLOSED IF NODE 23 ABOVE 20

LINK 12 CLOSED IF NODE 130 BELOW 30

LINK 12 1.5 AT TIME 16

LINK 12 CLOSED AT CLOCKTIME 10 AM

LINK 12 OPEN AT CLOCKTIME 8 PM

(Đóng Mắt xích 12 khi mức nước trongđàinước 23 vượt quá 20 ft.)

(Đóng Mắt xích 12 nếu áp lực tại nút 130giảm xuống dưới 30 psi)

(Aán định tốc độ tương đối của bơm 12 tới1,5 tại 15 giờ vào sự mô phỏng)

(Mắt xích 12 được đóng lặp đi lặp lại vào10 giờ sáng và mở tại 8 giờ chiều trên

toàn bộ sự mô phỏng)

Không có giới hạn về số dòng kiểm soát đơn giản mà có thể được sử dụng.

Lưuý: Những kiểm soát (controls) đượctrình bày v ề độ cao của nước bên trên đáy đàinước, chứ không phải là độ cao (toàn bộ cột áp) của mặt nước.

Chú ý: việc sử dụng một cặp kiểm soát áp lực để mở và đóng một mắt xích có thể làmcho hệ thống trở nên bất ổn nếu các giá trị (setting) áp lực quág ần nhau. Trongtrườnghợp này việc sử dụng cặp kiểm soát Dựa Trên Quy Tắc (Rule-Based control) có thể giúpổn định hơn.

Kiểm Soát Dựa Trên Quy Tắc (Rule-Based Control)


43/164


44/164

43

VÀ MỨC NƯỚC CỦA ĐÀI NƯỚC 1 DƯỚI 12

THÌ TÌNH TR ẠNG CỦA BƠM 335 LÀ MỞ

QUY T ẮC 4:

NẾU GIỜ ĐỒNG HỒ CỦA HỆ THỐNG >=6 GIỜ SÁNG

VÀ GIỜ ĐỒNG HỒ CỦA HỆ THỐNG < 8 GIỜ CHIỀU

VÀ MỨC NƯỚC CỦA ĐÀI NƯỚC 1 DƯỚ I 14

THÌ TÌNH TR ẠNG CỦA BƠM 335 LÀ MỞ

Một phần mô tả các định dạng được sử dụng với những kiểm soát (controls) dựa trên quytắc có thể được tìm thấy trong Phụ lục C, dưới tiêu đề [RULE]

3.3 Mô hình mô phỏng thủy lực

Mô hình mô phỏng thủy lực của EPANET tính toán các cột áp tại mối nối và lưu lượng

tại mắt xích cho một tập hợp các mức nước bể chứa, mức nước đài nước, và nhu c ầu nước cố định trong một chuỗi các thời điểm liên tiếp. Từ một bước thời gian tới mức nướcđài nước tiếp theo và các nhu c ầu mối nối được cập nhật theo các kiểu thời gian được quyđịnh của chúng trong khi các mức nước đài nước được cập nhật có sử dụng phép giải lưulượng hiện tại. Phép giải cho các cột áp và lưu lượng tại một thời điểm cụ thể liên quanđến việc giải quyết đồng thời phương trình bảo toàn lưu lượng cho nỗi mối nối và mốiquan hệ tổn thất cột áp qua mỗi mắt xích trong mạng lưới. Quá trìnhnày, được biết nhưlà “cân bằng thủy lực” mạng lưới, đòi hỏi sử dụng một kỹ thuật lặp để giải các phương trình phi tuyến tính liên quan. EPANET áp dụng “Thuật Toán Đường Dốc” cho mục đíchnày. Hãy tham khảo chi tiết trong Phụ lục D.

Bước thời gian thủy lực sử dụng cho mô phỏng thời gian kéo dài (extended periodsimulation) (EPS) có thể được ấn định bởi người sử dụng. Giá trị tiêu biểu là 1 giờ. Cácbước thời gian ngắn hơn bình thường sẽ xảy ra tự động mỗi khi một trong những sự kiện

sau xảy ra:


45/164

44

Khoảng thời gian báo cáo tiếp theo xảy ra

Khoảng thời gian kiểu thời gian xảy ra

Một đài nước trở nên cạn hay đầy

Một Kiểm Soát Đơn Giản (Simple Control) hay Kiểm Soát Dựa Trên Quy Tắc (Rule-Based Control) được kích hoạt.

3.4 Mô hình mô phỏng chất lượng nước

V ận chuyển cơ bản

Ph ần mềm mô phỏng chất lượng nước của EPANET sử dụng một phương pháp dựa trên thời gian Lagrangian để theo dõi số phận của các gói nước riêng rẽ khi chúng chuyểnđộng dọc theo ống và hòa trộn với nhau tại các mối nối giữa các bước thời gian có chi ều dài cố định. Các bước thời gian chất lượng nước thường ngắn hơn nhiều so với bước thờigian thủy lực (ví dụ, phút thay vì giờ) để chứanhững khoảng thời gian di chuyển ngắnxảy ra trong ống.

Phương pháp này theo dõi n ồng độ và kích thước của một loạt các phần nước không trùng nhau mà làm đầy mỗi mắt xích của mạng. Khi thời gian trôi qua, kích thước của ph ần gần thượng nguồn nhất trong một mạng lưới tăng lên khi nước đi nào mạng lưới trong khi một lượng thất thoát cũng bằng như vậy về mặt kích cỡ của phần g ần hạ lưu nhất xảy ra khi nước rời khỏi mắt xích. Kích thước của các phần giữa những ph ần này vẫngiữ không đổi.

Đối với mỗi bước thời gian chất lượng nước, nội dung của mỗi phần phải chịu sự phản ứng, một bản k ê (account) tích lũy được giữ lại về tổng khối lượng và lưu lượng đi vàomỗi nút, và vị trí của các phần được cập nhật. Những nồng độ nút mối khi đó được tính, mà bao g ồm những sự đóng góp từ bất cứ nguồn bên ngoài nào. Các n ồng độ đài nước được cập nhật tùy thuộc vào loại mô hình pha trộn được sử dụng (xem bên dưới). Cuối cùng, một phần mới sẽ được tạo ra tại cuối của mỗi mắt xích nhận dòng chảy vào từ một

nút nếu chất lượng nút mới khác v ề dung sai định rõ bởi người sử dụng với dung sai của ph ần cuối cùng của mắt xích.


46/164

45

Ban đầu mỗi ống trong mạng lưới bao gồm một phần đơn lẻ mà chất lượng của nó bằng với chất lượng ban đầu được ấn định cho nút ở thượng nguồn. Mỗi khi có một sựđảo dòng trong một ống, thì các gói của ống được thay đổi trật tự theo trật tự từ trước ra

sau.

EPANET có thể sử dụng bốn loại mô hình khác nhauđể mô tả đặc điểm pha trộn trong các đài nước như được minh họa trong Hình 3.5:

Pha trộn hoàn toàn

Pha trộn hai ngăn

Lưu lượng FIFO Plug

Lưu lượng LIFO Plug

Hình 3.5 Mô hình pha trộn đài nước

(A) Pha trộn hoàn toàn (B) Pha trộn hai ngăn

(C) Lư u lượng FIFO Plug (D) Lư u lượng LIFO Plug


47/164

46

Các mô hình khác nhau có thể được sử dụng với những đài nước khác nhau trongmạng lưới.

Mô hình Pha trộn Hoàn Toàn (Hình 3.5 (a)) giả định rằng toàn bộ nước đi vào mộtđài nước được pha trộn ngay nước thì và hoàn toàn với nước đã có trongđài nước. Đây làhình thức hành vi pha trộn đơn giản nhất mà ta giả định, không đòi hỏi thêm thông số để mô tả nó, và có vẻ như được áp dụng khá tốt cho một số nhiều công trình vận hành theokiểu fill-and-draw.

Mô hình Pha trộn Hai ngăn (Hình 3.5 (b)) chia dung lượng lưu trữ sẵn có trong đàinước thành hai ngăn, mà cả hai đều được giả định là pha trộn hoàn toàn. Cácống đầu vào/đầu ra của đài nước được giả định là đặt tại ngăn đầu tiên. Nước mới đi vào đài nướcpha trộn với nước trong ngăn đầu tiên. Nếu ngăn ngừa này đầy, thì nó sẽ gởi lượng nướctràn của nó sang găn thứ hai nới nó hoàn toàn pha trộn với nước đã được lưu trữ trongđó. Khi nước rời khỏi đài nước, nó ra khỏi ngăn thứ nhất, mà đã đầy, nhận một lượngnước tương đương từ ngăn thứ hai để dung hòa sự khác nhau. Ngăn thứ nhất có thể mô phỏng đoản mạch giữa dòng chảy vào và dòng chảy ra trong khi ngăn thứ hai có thể tiêubiểu cho các khu vực chết. Người sử dụng phải cung cấp một thông số đơn lẻ, mà là ph ần nhỏ của toàn bộ dung tích đài nước dành cho ngăn đầu tiên.

Mô hình Lưu Lượng FIFO Plug (Hình 3.5 (c)) giả định rằng không hề có sự pha trộn nước trong thời gian có mặt của nó trong đài nước. Các gói nước di chuyển qua đài nước theo một kiểu cô lập nơi gói nước đầu tiên đi vào cũng là gói đầu tiên rời khỏi. Về mặt cơ bản, mô hình này phù hợp nhất cho các đài nước có đáy bằng vận hành với dòng chảyvào và chảy ra đồng thời. Không có thông số nào nữa cần thiết để mô tả mô hình phatrộn này.

Mô hình Lưu Lượng LIFO Plug (Hình 3.5 (d)) cũng giả định rằng không có sự pha trộn giữa các gói nước mà đi vào đài nước. Tuy nhiên trái với Lưu Lượng FIFO Plug, cácgóinước chồng đống lên nhau, nơi mà nước đi vào và rời khỏi đài nước. Loại mô hình nàycó thể áp dụng cho các ống đứng cao, hẹp với một ống vào/raở đáy và dòng chảy vào cóxung lượng thấp. Nó không đòi hỏi cung cấp thêm các thông số.


48/164

47

Các phản ứng chất lượng nước

EPANET có thể theo dõi sự phát triển hay phân rã của một chất bằng phản ứng khinó đi qua một hệ thống phân phối. Để thực hiện điều này c ần phải biết được tốc độ phản ứng của chất đó và tốc độ này có thể phụ thuộc vào n ồng độ của chất như thế nào. Cácphản ứng có thể xảy ra cả trong lưu lượng khối và với vật liệu dọc theo thành ống. Điềunày được mô tả trong Hình 3.6. Trong ví dụ này Clo tự do (HOCI) được cho thấy là phản ứng với chất hữu cơ tự nhiên (NOM) trong giai đoạn khối và cũng được vận chuyển quamột lớp biên giới tại thành ống để ôxy hóa sắt (Fe) được giải phóng từ sự ăn mòn thànhống. Các phản ứng chất lỏng khối cũng có thể xảy ra bên trong các đài nước. EPANET chophép một người lập mô hình xử lý những vùng phản ứng này một cách riêng rẽ.

Hình 3.6 Các Vùng Phản Ứ ng Bên Trong Một Ống

Các phản ứng khối

EPANET lập mô hình các phản ứng xảy ra trong lưu lượng khối với động học thứ tự thứ n,nơi tốc dộ phản ứng tức thời (R tính bằng khối lượng/dung tích/thời gian) được giả định làphụ thuộc vào n ồng độ theo

R = K bCn

Trong đó Kb = hệ số tốc độ phản ứng khối, C = nồng độ chất phản ứng (khối lượng/dung tích), và n = thứ tự phản ứng. Kb có các đơn vị nồng độ được nâng lên năng lượng (1-n)


49/164

48

chia cho thời gian. Nó dương đối với các phản ứng phát triển và âm đối với các phản ứngphân rã.

EPANET cũng có thể xem xét các phản ứng màở đó một nồng độ giới hạn tồn tại trên sự phát triển tối ưu của chất hay sự thất thoát của chất. Trong trường hợp này biểu thức tốc độ trở thành

R = Kb (CL-C)C(n-1) đối với n >0, Kb >0

R = Kb (C-CL)C(n-1) đối với n >0, Kb < 0

trong đó CL = nồng độ hạn chế. Như vậy có ba thông số (Kb, CL, và n) được sử dụng để biểu thị đặc điểm của các tốc độ phản ứng khối . Một số trường hợp đặc biệt về các môhìnhđộng học nổi tiếng bao gồm các trường hợp sau (Xem thêm ví dụ ở Phụ lục D).

Mô hình Thông s ố Ví d ụ

Phân rã thứ tự thứ nhất

Sự phát triển bão hòa thứ tự thứ nhất

Động học thứ tự zero

Không phản ứng

CL = 0, Kb < 0, n = 1

CL > 0, Kb > 0, n = 1

CL = 0, Kb < > 0, n= 0

CL = 0, Kb = 0

Clo

Trihalometan

Tuổi của nước

Nguyên tử đánh dấu Florua

Kb cho các phản ứng thứ tự thứ nhất có thể được ước tính bằng cách đặt một mẫu nước

trong một loạt các chai thủy tinh không phản ứng và phân tích dung lượng của mỗi chai tại những thời điểm khác nhau. Nếu phản ứng là thứ tự thứ nhất, thì việc vẽ lôga (log) tự nhiên (C/Co) trên thời gian sẽ dẫn đến một đường thẳng, trong đó Ct là n ồng độ vào thời gian t và Co là n ồng độ vào thời gian zero. Kb khi đó được ước tính như là chỗ dốc của đường này.

Các hệ số phản ứng khối thường tăng khi nhiệt độ tăng. Việc vận hành nhi ều cuộc thử

trong chai với những nhiệt độ khác nhau sẽ cung cấp sự đánh giá chính xác hơn về việc hệ số tốc độ thay đổi theo thời gian như thế nào.


50/164

49

Các phản ứng thành

Tốc độ của các phản ứng chất lượng nước xảy ra tại hay gần thànhống có thể được coi làphụ thuộc vào n ồng độ trong lưu lượng khối bằng cách sử dụng một biểu thức của biểu

R = (A/V)K wCn

Trong đó Kw = hệ số tốc độ phản ứng thành và (A/V) = diện tích bề mặt trên dung tíchđơn vị trong một ống (bằng đường kính ống chia cho 4). Giá trị sau chuyển khối lượngphản ứng trên đơn vị diện tích thành sang một cơ sở trên dung tích đơn vị. EPANET giớihạn chọn lựa thứ tự phản ứng thành tới 0 hay 1, sao cho các đơn vị của Kw là khối

lượng/diện tích/thời gian hay chiều dài/thời gian, theo thứ tự đó. Như với Kb, Kw phảiđược cung cấp cho chương trình bởi người lập mô hình. Các giá trị Kw thứ tự thứ nhất cóthể nằm trong bất cứ phạm vi nào từ không cho tới 5 ft/ngày.

Kw phải được điều chỉnh để giải thích cho bất cứ giới hạn chuyển đổi khối lượng nàotrong việc vận chuyển cácchất phản ứng và sản phẩm giữa lưu lượng khối và thành.EPANET làm điều này một cách tự động, với sự điều chỉnh dựa trên độ khuếch tán phân

tử của chất được lập mô hình và số Reynolds của dòng chảy. Xem thêm chi tiết trong phụ lục D (Việc ấn định độ khuếch tán phân tử bằng zero sẽ làm cho tác động chuyển đổi khốilượng được bỏ qua.)

Hệ số phản ứng thành có thể phụ thuộc vào nhiệt độ và cũng có thể được tương quan vớituổi và vật liệu ống. Một điều dễ thấy là khi cácống kim loại được dùng lâu năm độ nhámcủa chúng có xu hướng tăng lên do việc hình thành lớp vỏ ngoài và lớp s ần sùi của cácsản phẩm ăn mòn trên thànhống. Sự tăng độ nhám này tạo ra một yếu tố C Hazen-Williams thấp hơn hay một hệ số độ nhám Darcy-Weisbach cao hơn, dẫn đến tổn thất cộtáp ma sát lớn hơn trong lưu lượng qua ống.

Có một số dẫn chứng cho thấy rằng cùng các quá trình mà làm tăng độ nhám của ống theo thời gian có xu hướng tăng khả năng phản ứng của thành của nó với một số loại hóachất, đặc biệt là Clo và các chất khử trùng khác. EPANET có thể làm cho Kw của mỗi ốngtrở thành một hàm của hệ số được sử dụng để mô tả độ nhám của nó. Một hàm khác ápdụng phụ thuộc vào công thức được sử dụng để tính toán tổn thất cột áp quaống:


51/164

50

Công th ức tổn thất cột áp Công th ức phản ứng th ành

Hazen-Williams K w = F/C

Darcy-Weisbach K w = -F/loga(e/d)

Chezy-Manning K w = F/n

trong đó C = hệ số nhám Hazen-Williams, e = độ nhám Darcy-Weisbach, d =đường kính ống, n = hệ số độ nhám Manning, và F = hệ số phản ứng thành-độ nhám ống. Hệ số F phải được phát triển từ các số đo đặc trưng theo hiện trường và sẽ có một ý ngh ĩa kháctùy thuộc vào phương trìnhtổn thất cột áp nào được sử dụng. Ưu điểm của việc sử dụng phương pháp này là nó chỉ đòi hỏi một thông số, F, để cho phép các hệ số phản ứng thành thay đổi trên toàn mạng lưới theo một cách có ý nghĩa về mặt cơ bản.

Theo dõi tuổi và ngu ồn nước

Ngoài việc vận chuyển hóa chất, EPANET cũng có thể lập mô hình những thay đổi trong tuổi của nước trên toàn bộ hệ thống phân phối. Tuổi của nước là thời gian trải qua

bởi một gói nước trong mạng lưới. Nước mới đi vào mạng lưới từ các đài nước hay các nút ngu ồn đi vào với tuổi bằng zero. Tuổi của nước cung cấp một thước đo đơn giản, không đặc trưng về chất lượng tổng thể của nước uống được cung cấp. Xét trong nội tại, EPNAET xử lý tuổi như một thành ph ần phản ứng mà sự phản triển của nó đi theo một động học thứ tự zero với một hằng số tốc độ bằng 1 (có nghĩa là, mỗi giây nước trở nêncũ đi một giây).

EPANET cũng có thể thể hiện sự theo dõi ngu ồn. Sự theo dõi ngu ồn theo dõi theo thời gian bao nhiêu ph ần trăm nước đến bất cứ nút nào trong mạng lưới có ngu ồn gốc của nótại một nút cụ thể. Nút nguồn có thể là bất cứ nút nào trong mạng lưới, bao g ồm các đài nước hay đài nước. Xét trong nội tại, EPANET xử lý nút này như một nguồn khôngđổi củamột thành ph ần không phản ứng đi mà vào mạng lưới với nồng độ bằng 100. Theo dõingu ồn là một công cụ có ích để phân tích các hệ thống phân phối lấy nước từ hai ngu ồncung cấp nước thô hay nhiều hơn. Nó có thể cho thấy nước từ một ngu ồn đã cho pha


52/164

51

trộn với nước từ các nguồn khác ở mức độ nào, và kiểu không gian của sự pha trộn nàythay đổi theo thời gian như thế nào.


53/164

52

CHƯƠNG 4: KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦA EPANET

Chương này bàn đến các đặc điểm thiết yếu của không gian l àm vi ệc của EPANET. Nó mô

t ả thanh trình đơn chính, các thanh công cụ v à tr ạng thái, v à ba c ửa sổ được sử d ụng thường xuy ên nh ất -B Ản đồ mạng lưới (Network Map), Browser, v à Property Editor. Nóc ũng cho thấy cách định ra các ưu tiên chương tr ình.

4.1 Khái Quát

Không gian làm việc của EPANET cơ bản được trình bày trong hình bên dưới. Nó bao g ồmcác yếu tố giao diện người sử dụng sau: Một thanh trình đơn, hay thanh công cụ, mộtthanh trạng thái, cửa sổ Network Map, một cửa sổ Browser, và một cửa sổ Property Editor. Ph ần mô tả mỗi yếu tố này được cung cấp trong các phần dưới đây.


54/164

53

4.2 Thanh Trình Đơn

Thanh trìnhđơn nằm trên đầu của không gian làm việc của EPANET chứa một tập hợp các trìnhđơn được sử dụng để kiểm soát chương trình. Chúng bao g ồm:

Trìnhđơn File

Trìnhđơn Edit

Trình đơn View

Trìnhđơn Project

Trìnhđơn Report

Trìnhđơn Window

Trìnhđơn Help

TrìnhĐơn File

Trìnhđơn File chứa các lệnh để mở và lưu các

Sach Epanet 1

Documents