Đề xuất khoảng giá trị cho các yếu tố của dòng chảy rò rỉ trên mạng lưới cấp nước

Trên mạng lưới cấp nước, lưu lượng nước rò rỉ được phụ thuộc vào hình dạng điểm bể, hình dạng dòng chảy rò rỉ, áp lực dòng chảy trong ống cũng như các hệ số mũ rò rỉ. Phân tích các công thức lý thuyết của lưu lượng nước rò rỉ (Q) cho thấy có thể đưa về ba yếu tố chính để xác định giá trị này đó là áp lực dòng chảy trong ống (P), hệ số mũ rò rỉ (n) và hệ số lưu lượng rò rỉ (k).

BÀI BÁO KHOA HỌC ĐỀ XUẤT KHOẢNG GIÁ TRỊ CHO CÁC YẾU TỐ CỦA DÒNG CHẢY RÒ RỈ TRÊN MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC Phạm Thị Minh Lành1, Nguyễn Quang Trưởng2 Tóm tắt: Trên mạng lưới cấp nước, lưu lượng nước rị rỉ phụ thuộc vào hình dạng điểm bể, hình dạng dịng chảy rị rỉ, áp lực dịng chảy ống hệ số mũ rò rỉ Phân tích cơng thức lý thuyết lưu lượng nước rị rỉ (Q) cho thấy đưa ba yếu tố để xác định giá trị áp lực dịng chảy ống (P), hệ số mũ rò rỉ (n) hệ số lưu lượng rò rỉ (k) Trong điều kiện vận hành thực tế mạng lưới cấp nước khu vực phía bắc Thành phố Hồ Chí Minh kế thừa kết nghiên cứu trước, với mục tiêu xác định khoảng giá trị biến số Q, P, n, k, tác giả tiến hành khảo sát thực địa thống kê số liệu để đưa khoảng giá trị P, Q Từ dùng phương trình hồi quy phi tuyến tối ưu tham số hồi quy để đưa giá trị hệ số k,n theo khoảng giá trị P,Q đánh giá tương quan biến số Từ khố: Lưu lượng rị rỉ, mạng lưới cấp nước, thất thoát nước, hệ số lưu lượng, áp lực nước ĐẶT VẤN ĐỀ * 1.1 Giới thiệu Thất thoát nước mạng lưới cấp nước có ảnh hưởng trực tiếp tới doanh thu cơng ty cấp nước Bên cạnh đó, trường hợp thất nước hữu hình (rị rỉ nước mạng lưới) cịn dẫn đến nguy chất nhiễm từ bên vào ống cấp nước, tác động tới sức khoẻ người sử dụng Vậy nên, mục tiêu giảm thất nước hữu hình mạng lưới 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 nnk., 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 Khoa Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, ĐH Kiến trúc Tp Hồ Chí Minh Khoa Kỹ thuật Xây dựng, ĐH Bách khoa Tp Hồ Chí Minh cơng 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 Theo tác giả Lambert (Lambert nnk., 2002) có bốn hướng tiếp cận để kiểm soát lượng nước thất thoát mạng lưới cấp nước (MLCN), quản lý áp lực, chủ động kiểm sốt rị rỉ (dự báo vị trí rị rỉ để kiểm tra), tốc độ chất lượng sửa chữa, quản lý đường ống tài sản Trong tác giả áp lực làm việc mạng lưới cấp nước có tác động trực tiếp tới lượng nước thất thoát cố định hàng năm Theo hướng tiếp cận này, tác giả thực nghiên cứu đánh giá mối quan hệ lưu lượng nước rò rỉ áp lực làm việc mạng lưới cấp nước hệ số liên quan tới đặc điểm dòng chảy rò rỉ KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 76 (12/2021) 21 1.2 Tổng quan nghiên cứu xác định dòng chảy rò rỉ Tổng hợp nội dung nghiên cứu dịng chảy rị rỉ MLCN cho thấy có bốn hướng nghiên cứu mơ thuỷ lực; mơ hình tốn; mơ hình thí nghiệm; thống kê liệu khảo sát thực tế (Bảng 1) Các nghiên cứu dòng chảy rò rỉ qua điểm bể làm biến dạng điểm bể hình dạng dịng chảy phụ thuộc vào áp lực nước ống, mơi trường đất ngồi diện tích lỗ rị rỉ Bảng Tổng quan nghiên cứu dòng chảy rò rỉ TT Phương Hệ số mũ Hệ số dòng Cơng pháp Nội dung nghiên cứu rị rỉ chảy rị rỉ thức sử nghiên cứu (n) (Cd) dụng* Mô Khép van để quan sát thay đổi lưu lượng nước rò 0,18 0,00 thuỷ lực rỉ theo áp lực mạng lưới xác định n, Cd theo đến đến MLCN liệu thu được(M.Deyi nnk., 2014) 3,33 3,68 Sử dụng phần mềm phân tích tích phần tử hữu hạn, 0,5 Mơ hình nghiên cứu tập trung xem xét biến dạng hình học 2x10-5 đến (1); đến -4 toán số điểm bể ảnh hưởng tới hệ số dòng chảy rò rỉ (JE 1,8x10 (2) 1,5 van Zyl nnk.,2014) Thí nghiệm xem xét dịng chảy qua điểm bể 0,382 Mơ hình thí -0,262 đến đoạn ống ngắn có vật liệu khác (JE van đến (2) nghiệm 1,841 Zyl nnk., 2017) 0,945 Tạo điểm bể thành ống với hình dạng khác đánh giá dòng chảy khỏi điểm bể Thí 0,77 Mơ hình thí nghiệm ghi nhận áp lực nước, lưu lượng dòng 0,5 đến (1) nghiệm chảy diện tích điểm bể Từ tác giả sử dụng 0,806 công thức lý thuyết để xác định hệ số dòng chảy Cd (Yu Shao nnk., 2019) Sử dụng phần mềm ANSYS để mơ dịng chảy rị rỉ tính tốn lưu lượng cơng thức lý thuyết (Ư EKMEKCİOĞLU nnk., 2020) Mơ hình tốn số Tác giả tổng hợp số liệu từ nghiên cứu xác Thống kê số định hệ số mũ rò rỉ điểm bể MLCN Vì liệu khảo đánh giá thay đổi lưu lượng/áp lực sát thực tế điểm bể nên hệ số dòng chảy rò rỉ bị loại trừ công thức (Thornton nnk.,2020) 0,65 đến 0,72 0,5 0,5 đến 2,0 - (1) (3) * Ghi chú: (1) (2) - Cd hệ số lưu lượng; - A diện tích lỗ rị rỉ; - A0 diện tích ban đầu điểm bể; - g gia tốc trọng trường; - A diện tích điểm bể dòng chảy qua; - h0 giá trị cột áp - m độ dốc dòng chảy có áp n L1/L0 = (P1/P0) (3) - P0, L0 áp lực lưu lượng thời điểm ban đầu - P1, L1 áp lực lưu lượng sau giảm áp lực - n hệ số mũ rò rỉ 22 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 76 (12/2021) Hệ số mũ rò rỉ (n) Bảng dao động từ 0,262 đến 3,33 hệ số dòng chảy (Cd) nhận giá trị từ đến 0,945, có nghiên cứu xuất giá trị n < 0,5 Nghiên cứu áp lực thay đổi tương đối lớn (từ 20-30m) nên dẫn đến giá trị n < 0,5; áp lực thay đổi n nhận giá trị từ 3,33, nhiên áp lực trung bình xét cho khu vực cấp nước nên giá trị tương đối lớn (từ 26,9m đến 99,2 m) Nghiên cứu thí nghiệm cho dịng chảy rị rỉ chảy ngồi khí trời, lúc điều kiện mơi trường khác hồn tồn so với điều kiện làm việc ống cấp nước thực tế nên xuất n