Trong bài viết tác giả đề xuất sử dụng mô hình hệ thống suy luận mờ (HSM) ước lượng hai hệ số (n, k) trên cơ sở các số liệu khảo sát thực tế về lưu lượng và áp suất dòng chảy rò rỉ. Mô hình HSM được kiểm chứng trên mô hình thủy lực MLCN DMA15 quận Gò Vập, TP.HCM từ đó đưa ra phương trình xác định lưu lượng nước rò rỉ cho MLCN này.
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC nNgày nhận bài: 20/10/2021 nNgày sửa bài: 19/11/2021 nNgày chấp nhận đăng: 31/12/2021 Ước lượng hệ số cho phương trình lưu lượng nước rị rỉ mạng lưới cấp nước Estimation of coefficients in leakage flow equation on the water supply network > PHẠM THỊ MINH LÀNH Khoa Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, Trường Đại học Kiến trúc TP.HCM TĨM TẮT: Lưu lượng nước rị rỉ mạng lưới cấp nước (MLCN) xác định theo áp suất làm việc đường ống hệ số mũ (n) hệ số lưu lượng rò rỉ (k), hệ số đại diện cho đặc trưng điểm bể tiết diện, hình thái dịng chảy rị rỉ hay mơi trường đất bên ngồi điểm rị rỉ Mỗi điểm bể lại có đặc điểm riêng khơng thể khảo sát tồn điểm bể để xác định (n, k) Trong báo tác giả đề xuất sử dụng mơ hình hệ thống suy luận mờ (HSM) ước lượng hai hệ số (n, k) sở số liệu khảo sát thực tế lưu lượng áp suất dòng chảy rò rỉ Mơ hình HSM kiểm chứng mơ hình thuỷ lực MLCN DMA15 quận Gị Vập, TP.HCM từ đưa phương trình xác định lưu lượng nước rị rỉ cho MLCN Từ khóa: Lưu lượng nước rị rỉ; áp lực; mạng lưới cấp nước; thất thoát nước; logic mờ; MATLAB ABSTRACT: The leakage flow rate on the water supply network is the function of pressure in the pipes, leakage exponent factors (n), and leakage coefficient (k) These factors are the properties of leakage flow such as section area, flow slope, or the soil environment outside Each leak has its characteristics, so it is difficult to determine (n, k) for all the leaks In this paper, the author using the fuzzy inference system model (HSM) to estimate two coefficients (n, k) The results of the HSM model were verified on the hydraulic model of the DMA15 Go Vap district Ho Chi Minh city water supply network and proposed the equation of the leakage for the research area Keywords: Leakage flow rate; pressure; water supply network; leakage; fuzzy; MATLAB 144 01.2022 ISSN 2734-9888 GIỚI THIỆU Thất thoát nước mạng lưới cấp nước có ảnh hưởng trực tiếp tới doanh thu công ty cấp nước Bên cạnh đó, trường hợp thất nước hữu hình (rị rỉ nước mạng lưới) dẫn đến nguy chất nhiễm từ bên ngồi vào ống cấp nước, tác động tới sức khoẻ người sử dụng Vậy nên, mục tiêu giảm thất thoát nước hữu hình mạng lưới cấp nước (MLCN) ln đưa vào kế hoạch hoạt động hàng năm công ty cấp nước Hiệp hội nước quốc tế (IWA - International Water Association) đưa loại nước thất khơng doanh thu mạng lưới cấp nước (M Farley cộng sự, 2003), loại tiêu thụ hợp pháp khơng có hố đơn (súc xả tuyến ống, nước chữa cháy, tưới rửa đường,…), loại thất thoát thương mại (lỗi đồng hồ đo đếm, nhập liệu sai, quy trình hoạt động chưa đúng,….) cuối thất thoát học (hữu hình) Thất loại loại quản lý quy định, sách mang lại hiệu cao công cụ kỹ thuật Trong nghiên cứu đề cập tới thất thoát loại (sau gọi tắt thất thoát), lượng nước rò rỉ mạng lưới cấp nước qua vị trí nứt, bể ống hay phụ tùng nối ống, thiết bị Số lượng điểm rò rỉ tỉ lệ thuận với lượng nước thất thoát, độ bền mạng lưới đường ống giảm theo thời gian làm việc nên khả xuất điểm rò rỉ ngày tăng, để giảm tỉ lệ thất hàng năm cần có hướng tiếp cận phù hợp đạt mục tiêu Một số tác giả sử dụng mơ hình tốn học để xem xét mối tương quan lưu lượng rò rỉ áp lực làm việc đường ống cấp nước Tác giả Wu cộng (2013) đề xuất phương pháp tính tốn mơ rị rỉ dựa mơ hình tính tốn thủy lực EPANET, kết tính tốn cho thấy áp lực nước nguồn cấp đồng hồ tổng (DMA - District Meter Area) giảm, lượng tiêu thụ nước lưu lượng rò rỉ giảm với tỷ lệ tương ứng Paola cộng (2012) nghiên cứu mơ hình thí nghiệm nhằm xây dựng mối quan hệ áp lực nước lưu lượng rò rỉ Các nghiên cứu cho thấy quan hệ khu vực rò rỉ giá trị áp lực mạng lưới tuyến tính Trên sở này, công ty cấp nước Việt Nam ước lượng giá trị áp lực làm việc mạng lưới theo kinh nghiệm để giảm thiểu lưu lượng rò rỉ Tuy nhiên, chế độ làm việc mạng lưới khác phụ thuộc nhiều vào nhu cầu tiêu thụ nước, nên cần thiết phải nghiên cứu xác định hệ số dòng chảy rị rỉ từ đưa phương trình lưu lượng rò rỉ dựa khoảng áp lực làm việc thực tế mạng lưới cấp nước biến dạng điểm bể hình dạng dịng chảy phụ thuộc vào áp lực TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH nước ống, mơi trường đất ngồi diện tích lỗ rị rỉ LƯU LƯỢNG NƯỚC RỊ RỈ Tuy nhiên, MLCN thực tế khó để xác định tiết diện điểm bể Xác định đặc điểm dòng chảy rò rỉ nghiên cứu thường (A) mơi trường đất bên ngồi ống (m), cần sử dụng mơ hình tốn (Ư Ekmekcioğlu nnk., 2020) mơ hình cơng thức đơn giản để xác định hệ số dịng chảy rị rỉ thí nghiệm (Yu Shao nnk., 2019) nhiên, mô lại Tác giả Thornton tổng hợp số liệu từ nghiên cứu sử dựa phương trình (1) Bảng 1, phương trình áp dụng phương trình (3) để xác định hệ số mũ rò rỉ (n) điểm dụng điều kiện dòng chảy qua lỗ trời (Andrew bể MLCN (Thornton nnk.,2020) Vì đánh giá thay đổi Chadwick nnk., 2013) nên giá trị hệ số lưu lượng Cd có ý lưu lượng/áp lực điểm bể nên hệ số dòng chảy rò rỉ nghĩa phạm vi lý thuyết (Cd) không xét tới phương trình (3) Mơ hình có khả Phương trình (2) (Bảng 1) áp dụng thí nghiệm xem áp dụng cho MLCN thực tế cần mở rộng cho tất xét dòng chảy qua điểm bể đoạn ống ngắn có vật điểm bể mạng lưới nghiên cứu thêm khoảng giá trị hệ số liệu khác tác giả JE van Zyl (JE van Zyl nnk., 2017) dòng chảy rò rỉ Nghiên cứu dòng chảy rò rỉ qua điểm bể làm Bảng Phương trình lưu lượng dịng chảy rị rỉ (3) L1/L0 = (P1/P0)n (2) Q = Cd Aඥ2g ൫A0 h0,5 + mh1,5 (1) Q = Cd Aඥ2gh0 ൯ - P0, L0 áp lực lưu lượng thời - Cd hệ số lưu lượng; với A = A0 + mh điểm ban đầu - A diện tích lỗ rị rỉ; - A0 diện tích ban đầu điểm bể; - P1, L1 áp lực lưu lượng sau - A diện tích điểm bể dòng chảy qua; - g gia tốc trọng trường; giảm áp lực - m độ dốc dịng chảy có áp - h0 giá trị cột áp - n hệ số mũ rò rỉ (JE van Zyl nnk., 2014) (Yu Shao (JE van Zyl nnk., 2017) (Thornton nnk.,2020) nnk., 2019) Tổng hợp kết nghiên cứu cho thấy: MATLAB phần mềm dùng ngơn ngữ lập trình để xử lý số liệu - Hệ số mũ rò rỉ (n) dao động từ -0,262 đến 3,33 Nghiên cứu thí biểu diễn đồ họa xác khơng gian chiều nghiệm tác giả JE van Zyl (JE van Zyl nnk., 2017) cho dòng chiều Công cụ logic mờ (Fuzzy Logic Designer - FLD) chảy rị rỉ chảy ngồi khí trời, lúc điều kiện môi trường khác SIMULINK tổ hợp hàm xây dựng MATLAB hoàn toàn so với điều kiện làm việc ống cấp nước thực tế nên phát triển thành ToolBox phần mềm giúp việc thiết kế, mô xuất n 0,78) Từ kết luận phương trình lưu lượng nước rò rỉ cho điểm bể MLCN DMA15, phương trình áp dụng cho mạng lưới có điều kiện hoạt động tương tự Trong q trình khảo sát lưu lượng điểm rị rỉ hạn chế số lượng thiết bị quan sát, khơng thể theo dõi tồn điểm rị rỉ thời gian số điểm rò rỉ không phát lúc kiểm chứng mơ hình thuỷ lực lại xác 148 01.2022 ISSN 2734-9888 định thời điểm (ghi nhận tổng số điểm rò rỉ) Các nghiên cứu xem xét phạm vi nghiên cứu tuyến ống chia giai đoạn mô thuỷ lực theo thời gian xuất điểm rò rỉ Kết nghiên cứu bước đầu tạo tiền đề cho việc mô kịch điều chỉnh lưu lượng nước thất thoát theo áp lực đầu vào mạng lưới Qua việc kiểm sốt áp lực nước cung cấp xây dựng kế hoạch giảm thất thoát nước MLCN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Xây dựng, (2006) “TCXDVN 33-2006 Cấp nước - Mạng lưới đường ống cơng trình tiêu chuẩn thiết kế”, Hà Nội [2] Tổng Cơng ty cấp nước Sài Gịn, (2014), “Chương trình ứng dụng khoa học công nghệ vào hoạt động sản xuất - kinh doanh tổng công ty cấp nước Sài Gòn giai đoạn 2014-2025”, TP.HCM [3] Andrew Chadwick, John Morfett and Martin Borthwick, (2013), “Hydraulics in civil and environmental engineering”, Taylor & Francis Group, USA, 54 [4] Bentley, (2019) “Bentley WaterGEMS V8i User’s Guide”, Bentley WaterGEMS CONNECT Edition Help [5] Van Zyl, J.E., Cassa, A.M (2014) “Modeling elastically deforming leaks in water distribution pipes”, Journal of Hydraulic Engineering, 140 (2) 182 – 189 [6] J E van Zyl and R Maldeb, (2017), “Evaluating the pressure-leakage behaviour of leaks in water pipes”, Journal of Water Supply: Research and Technology-Aqua, IWA Publishing, 66 (5): 287–299 [7] J Thornton, A Lambert, (2005), “Progress in practical prediction of pressure: leakage, pressure: burst frequency and pressure: consumption relationships”, Conference Proceeding of leakage Halifax, Canada [8] Lambert, A O (2002) “Water losses management and techniques” Water Science and Technology: Water Supply, 2(4), 1–20 [9] M Deyia, J van Zyla, M Shepherdb, (2014), “Applying the FAVAD Concept and Leakage Number to Real Networks: a Case Study In Kwadabeka, South Africa”, Procedia Engineering, Elsevier Ltd, 89 (2014) 1537 - 1544 [10] M Farley, S Trow, (2003), “Losses in Water Distribution Networks”, IWA Publishing, London [11] Ömer Ekmekcioğlu, Eyyup Ensar BAŞAKIN, Mehmet ÖZGER, (2020), “Discharge coefficient equation to calculate the leakage from pipe networks”, Journal of the Institute of Science and Technology, 10(3): 1737-1746 [12] Yu Shao, Tian Yao, Jinzhe Gong, Jinjie Liu, Tuqiao Zhang and Tingchao Yu, (2019), “Impact of Main Pipe Flow Velocity on Leakage and Intrusion Flow: An Experimental Study”, Journal Water, MDPI, 11, 118 ... mờ mơ hình HSM lặp lại từ bước đến bước Hình Quy trình ước lượng hệ số cho phương trình lưu lượng nước rị rỉ 146 01.2022 ISSN 2734-9888 ÁP DỤNG CHO MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC DMA15 THUỘC PHƯỜNG 15 QUẬN... phương trình lưu lượng nước rị rỉ Kết mơ hình HSM hệ số n trung bình 33 hệ số k, giá trị đưa vào 33 nút bể mơ hình thuỷ lực Tổng lưu lượng nước rị rỉ mơ hình lưu lượng cấp vào trừ tổng lưu lượng tiêu... m) - Hệ số dòng chảy (Cd) nhận giá trị từ đến 0,945 PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG HỆ SỐ CHO PHƯƠNG TRÌNH Qua phân tích tác giả đưa mục tiêu nghiên cứu cụ thể LƯU LƯỢNG NƯỚC RÒ RỈ TRÊN MLCN sau: 4.1 Phương