Giáo trình Thiết kế hệ thống cấp nước với Epanet v.2

Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hoà Long Phi ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MƠN KỸ THUẬT TÀI NGUN NƯỚC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC VỚI EPANET v.2 Tài liệu tham khảo cho Sinh Viên Kỹ Sư chuyên ngành Cấp Thoát Nước Hồ Long Phi 2005 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi Mục lục GIỚI THIỆU 1.1 Khả EPANET 1.2 Hỗ trợ 1.3 Caøi đặt chương trình 1.4 Mục đích nội dung tài liệu MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐƠN GIẢN 2.1 Nguyên tắc mô hệ thống cấp nước 2.2 Khai báo số liệu chung 2.3 Khai báo đặc tính đối tượng 13 Đối tượng PIPE: 13 Đối tượng NODE: 13 Đối tượng PUMP: 14 Đối tượng RESERVOIR: 14 Khai baùo Demand Pattern 15 Khai báo đặc tính bơm (PUMP CURVE): 15 Khai báo đường cong hiệu suất bơm (EFFIC CURVE): 16 2.4 Báo lỗi cách khắc phục: 17 2.5 Phân tích kết mô phỏng: 19 Câu hỏi: 21 HIỆU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐƯỜNG ỐNG VÀ BƠM 24 3.1 Hiệu chỉnh đường kính ống 24 3.2 hiệu chỉnh thông số kỹ thuật máy bơm 25 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐÀI NƯỚC VÀ BỂ CHỨA 30 4.1 thông số kỹ thuật đài nước 30 4.2 Xác định thông số kỹ thuật bể chứa 36 BOÁ TRÍ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC 39 MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC 44 6.1 Các lệnh điều khiển đơn giản (simple controls ) 44 6.2 Các lệnh điều khiển logic (rule-based controls) 45 CÁC TRƯỜNG HP MÔ PHỎNG ĐẶC BIỆT 50 7.1 Thiết kế hệ thống tưới tự động 50 Các đặc điểm hoạt động thiết kế hệ thống tưới tự động 50 Chuẩn bị tài liệu 50 Ví dụ 51 7.2 Thiết kế hệ thống vòi phun nùc trang trí 53 Ví dụ 53 7.3 Mô nguồn cấp nước 55 Moâ nguồn nước đường ống có áp lực biết trước 55 Mô nguồn nước hồ chứa hay sông 56 Mô nguồn nước trạm xử lý 57 CÁC TÍNH NĂNG NÂNG CAO CUÛA EPANET 58 8.1 Tích hợp với đồ tính chaát Auto Length 58 8.2 Truy tìm đối tượng hệ thống 59 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hoà Long Phi Find 59 KHAI THÁC KẾT QUẢ VÀ XUẤT BAÙO CAÙO 62 9.1 Kết dạng biểu đồ 62 Time series (chuỗi thời gian) 62 Profile plot (bieåu đồ trắc dọc) 63 Contour Plot (Bản đồ đẳng trò) 65 Frequency Plot (Biểu đồ tần suất xuất hieän) 68 System flow (lưu lượng hệ thống) 69 9.2 Kết dạng bảng 71 9.3 Xuất kết EPANET 72 Xuất kết dạng bảng 72 9.4 Xuất sơ đồ hệ thống (MAP) 73 9.5 Xuất phương án mô (scenario) 74 9.6 Xuaát thông số mạng lưới 74 PHUÏ LUÏC 78 Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư theo loại nhà (TCXD -33-85) 78 Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tạm tính 78 Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư theo tích chất đô thị (72/2001/NĐ-CP) 78 Tiêu chuẩn tưới đường công viên 79 Tieâu chuẩn cấp nước chữa cháy cho khu dân cư 79 Tieâu chuẩn cấp nước chữa cháy cho khu công nghiệp 80 Baäc tin caäy trạm bơm (TCXD -33 -1985) 80 Số lượng tổ máy bơm dự phòng xác định theo bậc tin cậy (TCXD 33:1985) 80 Các quy định ống dẫn, mạng lưới đường ống công trình mạng (TCXD 33:1985) 81 Trường hợp tính toán hệ thống cấp nước (TCXD 33:1985) 82 Những quy định đài nước bể chứa 82 Những quy định áp lực hệ thống cấp nước (TCXD 33:1985) 83 Số liệu tham khảo hệ số không điều hoà 83 Hệ số không điều hoà nhu cầu nước sinh hoạt (DEMAND PATTERN) 84 Hệ số không điều hoà nhu cầu nước khác (DEMAND PATTERN) 85 Quy cách sản xuất ống nhựa PVC cứng 85 Thieát kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi Lời nói đầu Trong thời gian gần đây, EPANET v.2 sử dụng rộng rãi thực tiễn sản xuất đưa vào giảng dạy thức cho sinh viên ngành Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước trường đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Việc sử dụng EPANET thường ngộ nhận đơn giản trình khai báo khai thác kết dễ dàng thông qua giao diện thân thiện Tuy nhiên không giống phần mềm thông dụng khác, việc khai thác phần mềm thủy lực EPANET hoàn toàn không đơn giản Nó đòi hỏi am hiểu định cách thức mô hình hóa hệ thống thực thành số liệu nhập đánh giá tính hợp lý thiết kế kỹ thuật lẫn kinh tế Có thể nói với đề cho trước (ví dụ hệ thống cấp nước cần thiết kế) lời giải thu vế cấu hình chế độ hoạt động hệ thống không hoàn toàn giống Nói cách khác toán đa nghiệm mà kết phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm kiến thức thủy lực người sử dụng Khó khăn chung người sử dụng EPANET đánh giá cách đầy đủ tính hợp lý hệ thống cấp nước thiết bị công trình phụ trợ mạng lưới thiết kế EPANET Tài liệu tham khảo biên soạn dựa kinh nghiệm nhiều năm tác giả giảng dạy ứng dụng thực tế sản xuất Bản thảo lần đưa vào tháng 4/2004 dạng tài liệu tham khảo nội Sau tài liệu biên soạn lại bổ sung thêm số nội dung cho lần xuất Chúng mong muốn nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để khắc phục thiếu sót tiếp tục hoàn chỉnh tài liệu tương lai Hồ Long Phi Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi GIỚI THIỆU EPANET chương trình máy tính có khả mô chế độ thủy lực chất lượng nước hệ thống đường ống có áp Hệ thống mô bao gồm đường ống loại, bơm, van điều khiển, bể chứa… EPANET mô hoạt động giả định hệ thống giai đoạn thiết kế vận hành cung cấp diễn biến theo thời gian lưu lượng lưu tốc đường ống, áp suất vị trí mạng, chế độ mực nước đài bể nồng độ thời gian lưu lại loại hóa chất hệ thống cấp nước EPANET chứng tỏ công cụ hữu hiệu để thiết kế hệ thống cấp nước bao gồm việc xác định thông số kỹ thuật thiết bị công trình mạng Khả mô mạnh EPANET cho phép người sử dụng xét đến hầu hết tình thực tế phức tạp ttong tính toán cấp nước Là chương trình chạy môi trường Windows, EPANET cung cấp giao diện dễ sử dụng cho việc chuẩn bị số liệu, tính toán thủy lực mô chất lượng nước kết xuất kết dạng bảng, đồ thị, đồ liệu thống kê EPANET phát triển Water Supply and Water Resources Division thuộc U.S Environmental Protection Agency's National Risk Management Research Laboratory EPANET chương trình Freeware, cung cấp dạng file ZIP Chương trình download miễn phí từ website EPA: http://www.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html 1.1 Khả EPANET EPANET cho phép: • • • • • • • • • • Mô hệ thống với quy mô Tính toán tổn thất thủy lực theo công thức Hazen-Williams, Darcy-Weisbach, hay Chezy-Manning Xét đến tổn thất cục gây thiết bị, việc nối ống, vị trí uốn cong hay thay đổi kích thước mạng… Mô loại nguồn cấp nước khác Mô bơm với chế độ vận hành cố định hay thay đổi Tính toán hiệu suất bơm chi phí lượng Mô loại van khác van giảm áp (Pressure Regulation Valve PRV), van trì áp (Pressure Sustaining Valve - PSV), van tiết lưu (Flow Control Valve - FCV), van chiều (Check Valve - CV)… Mô đài nước bể chứa với hình dạng (tiết diện thay đổi theo chiều cao) Xét đến đồng thời nhiều chế độ dùng nước khác ccác khu vực hệ thống) Mô loại vòi phun có lưu lượng phụ thuộc áp lực (vòi phun trang trí công viên hay vòi phun hệ thống tưới tự động) Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version • Hồ Long Phi Mô hoạt động hệ thống cấp nước theo điều kiện tự động hoá cho trước Ngoài khả mô chất lượng nước EPANET cho phép: • • • • 1.2 Mô vận chuyển hóa chất không phản ứng (non-active) hệ thống cấp nước Mô kết tủa hóa chất xử lý nước đường ống Theo dõi thời gian lưu lại nước hệ thống cấp nước Cho phép khai báo chế độ cấp hóa chất vào hệ thống thay đổi theo thời gian Hỗ trợ Những người sử dụng EPANET nhận tư vấn hay trao đổi kinh nghiệm thông qua diễn đàn quốc tế (Forum) tổ chức điều hành Đại Học Guelph Để tham dự, cần gửi Email đến địa chỉ: listserv@listserv.uoguelph.ca với địa email dòng chữ subscribe epanet-users nội dung thư Khi tham gia diễn đàn này, thành viên trao đổi kinh nghiệm đưa câu hỏi có liên quan đến lý thuyết ứng dụng thực tế… để giải đáp ban điều hành thành viên khác Tài liệu tham khảo thức dạng pdf (tiếng Anh) download từ địa EPA nêu Ngoài người đọc liên hệ địa sau để có chương trình dịch tiếng Việt: Bộ môn Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 268 Lý Thường Kiệt Quận 10 ĐT: 8651307 Email: hlphi@hcmut.edu.vn 1.3 Cài đặt chương trình Chương trình EN2SETUP.EXE download từ website EPA vào thư mục đóa cứng Khi chạy chương trình này, việc cài đặt tiến hành tự động vào máy Địa file thực thi "C:\Program Files\EPANET2\Epanet2w.exe" 1.4 Mục đích nội dung tài liệu Tài liệu nhằm cung cấp thêm cho Sinh Viên chuyên ngành Cấp Thoát Nước tài liệu tham khảo để giúp họ làm quen với kỹ để sử dụng EPANET lúc làm đồ án môn học, luận văn tốt nghiệp Những Kỹ Sư cấp thoát nước tìm thấy hướng dẫn cụ thể nhằm giúp họ việc thiết kế mạng lưới cấp nước với EPANET Ngoài ra, phần phụ lục trích dẫn quy định cần Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi thiết quy phạm TCXD 33:1985 công tác thiết kế hệ thống cấp nước bên EPANET mô hình toán học hoạt động theo kiểu: IF-THEN (nếu-thì) Kết nhận mô hoàn toàn phụ thuộc vào số liệu cung cấp cho mô hình quan niệm mô hệ thống Khác với nhiều phần mềm kỹ thuật khác, EPANET việc chọn lựa lời giải cho vấn đề thực tế hoàn toàn phụ thuộc vào kinh nghiệm người sử dụng Cùng toán tùy theo cách khai báo liệu nhập, người sử dụng nhận kết khác Do người sử dụng EPANET cần phải biết cách khai báo toán cho mô tình thực tế cách gần với hợp lý Ngoài thiết kế, việc hiệu chỉnh mô hình bước điều cần thiết để thu lời giải hợp lý kinh tế kỹ thuật Để thực việc hiệu chỉnh mô hình, người thiết kế cần phải biết cách đánh giá thông số kỹ thuật (dự báo) sơ đồ chọn thông qua kết mô xuất dạng bảng biểu hay đồ thị, từ đề giải pháp thay đổi dần thông số đầu vào cho thích hợp Do chất hệ thống cấp nước, yêu cầu kỹ thuật cho trước luôn tồn nhiều phương án thiết kế khác Do đó, EPANET, phần mềm mô khác, cung cấp hình ảnh dự báo giải pháp dự kiến, mà không định thay cho người thiết kế giải pháp tối ưu Tối ưu hóa hệ thống cấp nước theo điều kiện ràng buộc cho trước nghiên cứu từ vài năm Thuật toán áp dụng tương đối thành công Genetic Algorithm, sử dụng phần mềm OptiDesigner (2001) Phần mềm download từ địa chỉ: http://www.optiwater.com Tuy nhiên OptiDesigner tối ưu hóa giá thành hệ thống đường ống sở đảm bảo áp lực tối thiểu mạng Trên thực tế việc tối ưu hóa hệ thống cấp nước liên quan đến phân tích tiêu kinh tế đầu tư chi phí lượng Ngoài phải quan tâm đến hạng mục khác máy bơm, đài nước, bể chứa… Điều thực thông qua việc thử dần Thông qua tập xếp từ dễ đến khó dần, người đọc trở nên quen thuộc với EPANET tự triển khai mô hình thiết kế phức tạp thực tế Sau số vấn đề đề cập giải thích tài liệu Vấn đề Mục đích - Mô mạng lưới đơn giản gồm bơm, bể chứa mạng lưới cấp nước Quan sát kết theo hình thức khác nhau: biểu đồ bảng Sử dụng kết tập để giải thích phân tích kết - Thay đổi kích thước đường ống phân tích kết - Thay đổi hệ số H-W xem xét ảnh hưởng kết Thay đổi thông số H Q bơm tập quan sát ảnh hưởng thông số bơm phân bố áp lực hệ thống Giải thích tượng Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version 10 11 12 13 Hoà Long Phi Thay đổi nhu cầu dùng nước (Base demand pattern) quan sát lưu lượng cấp bơm trường hợp Giải thích tượng Xem xét ảnh hưởng đài nước Bố trí đài nước vào mạng lưới BT xem xét thay đổi áp lực mạng so với trước có đài nước Thay đổi vị trí đài nước quan sát ảnh hưởng yếu tố Thay đổi thông số kỹ thuật đài nước (Elevation, Max level, Min level Diameter) quan sát ảnh hưởng chúng Bổ sung tổn thất cục quan sát ảnh hưởng Điều khiển hệ thống: - Bố trí van chiều, van giảm áp (PRV), van trì áp lực (PSV)… - Điều khiển đóng mở thiết bị theo tín hiệu áp lực - Điều khiển đóng mở thiết bị theo thời gian Thiết kế hệ thống tưới tự động Thiết kế hệ thống phun nước công viên Các trường hợp mô đặc biệt: - Lấy nước từ hồ chứa - Lấy nước từ bể điều tiết nước - Lấy nước từ sông có ảnh hưởng thủy triều - Lấy nước từ đường ống cấp nước Xuất kết EPANET Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐƠN GIẢN Trong chương người đọc làm quen với EPANET thông qua việc mô mạng lưới đơn giản gồm bơm, bể chứa mạng lưới đường ống cấp nước Kết khai thác theo hình thức biểu đồ bảng Việc phân tích kết mô nội dung quan trọng, người đọc giới thiệu ý nghóa tiêu chí kỹ thuật để đánh giá kết Ngoài ra, số báo lỗi thông thường cách khắc phục trình bày phần 2.1 Nguyên tắc mô hệ thống cấp nước Một hệ thống cấp nước tính toán mô theo trình tự sau: - Phác hoạ sơ đồ hệ thống bao gồm nút cấp nước đường ống nối nút Chú ý bố trí vị trí mạch vòng cho kích thước vòng không lớn Theo USEPA, đường ống có kích thước 200 mm, chiều dài cạnh lớn mạch vòng không nên lớn 300 m, đường ống có kích thước từ 300 mm trở lên, giá trị khoảng 1000 m Trong lúc mô phỏng, phát vị trí có áp lực thấp cục bộ, khắc phục cách bao quanh nút mạch vòng bổ sung Tính BACKDROP EPANET cho phép ta phác họa trực tiếp vị trí nút đường ống lên đồ khu vực dự án (xem chương 7) - Bố trí sơ công trình mạng bể chứa, đài nước, máy bơm,van điều khiển, thiết bị SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)… Sự cần thiết vị trí thiết bị hệ thống cấp nước cụ thể xác định dựa theo dẫn quy phạm kinh nghiệm người thiết kế - Xác định lưu lượng yêu cầu trung bình ngày cho nút dựa theo khu vực nút phụ trách (xem phụ lục) - Xác định hệ số dùng nước vào ngày (hệ số không điều hòa - tham khảo phụ lục ) - Xác định nhu cầu lưu lượng chữa cháy (xem phụ lục) 2.2 Khai báo số liệu chung - - Mở chương trình Epanet2W.exe Chọn File / New để tạo đề án Chọn Project / Defaults để mở bảng khai báo thông số mặc định Trong trang ID Labels page, xóa tất ID Prefix fields khai báo ID Increment EPANET tự động dánh số đối tượng theo thứ tự tăng dần liên tiếp Trong trang Hydraulics page chọn LPS cho Flow Units Hazen-Williams (H-W) công thức tính tổn thất áp lực Chú ý: Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi Nếu muốn lưu lại thay đổi để áp dụng cho thiết kế sau này, đánh dấu mục Save as defaults nằm đáy bảng trước chọn OK - Khai báo TIMES OPTION: Mở cửa sổ BROWSER / OPTIONS / TIMES Khai báo TOTAL DURATION = 48 (thời gian mô 48 giờ) giá trị khác bảng Click OK để chấp nhận khai báo thực đóng bảng khai báo - Để hiển thị tên đối tượng hình, chọn VIEW / OPTIONS Trong bảng đối thoại MAP OPTIONS chọn NODES đánh dấu DISPLAY JUNCTIONS DISPLAY BORDER Sau chọn NOTATION đánh dấu tất ô 10 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi Trong thông số chọn lựa giải thích chương Chức FILTERS cho phép xuất liệu dạng bảng theo tiêu chí mong muốn Trong MENU DROPDOWN (bên trái), ta chọn thông số cần xuất, menu (giữa) chọn tiêu chuẩn so sánh, menu bên phải ta chọn giá trị so sánh Sau định nghóa xong tiêu chuẩn số liệu xuất, click vào nút ADD để chọn Có thể chọn lựa nhiều tiêu chuẩn lúc Khi đó, đối tượng thỏa mãn đồng thời tiêu chuẩn xuất bảng kết Trong ví dụ sau, đường ống có chiều dài 500 m vận tốc nhỏ 0.5m/s xuất bảng 9.3 Xuất kết EPANET Xuất kết dạng bảng Sau xuất kết bảng EPANET, để xuất kết dạng bảng MS WORD, ta thực bước để xuất kết bảng: - Nếu muốn xuất toàn kết có bảng, click vào ô ID (nằm góc cao bên trái bảng) để chọn toàn giá trị Những giá trị chọn đổi sang màu xanh - Nếu muốn xuất kết cột đó, click vào ô tiêu đề cột (ô cột) Khi có ô chọn đổi sang màu xanh - Ta xuất kết phần bảng cách dùng chuột để chọn phần cần xuất - Sau thực xong bước chọn số liệu xuất, click lên biểu tượng COPY công cụ EPANET Khi hình lên cửa sổ sau Trong cửa sổ ta chọn CLIPBOARD để xuất nhớ tạm Nội dung CLIPBOARD PASTE sang phần mềm chạy WINDOWS 72 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi chẳng hạn MS WORD Nếu chọn FILE, ta phải khai báo tên file dạng text (*.txt) chứa số liệu xuất - 9.4 Xuất sơ đồ hệ thống (MAP) Sơ đồ mô xuất file đồ họa lưu tạm CLIP BOARD theo cách sau: - Choïn FILE - EXPORT - MAP - Choïn TEXT FILE (.MAP) muốn lưu lại đối tượng TEXT hệ thống (các LABEL) - Chọn ENHANCED METAFILE (.EMF) muốn lưu lại toàn sơ đồ LABEL dạng file đồ họa File sử dụng để chèn vào văn cần thiết - Chọn DRAWING EXCHANGD FILE (.DXF) muốn đưa sơ đồ hệ thống vào AUTOCAD để tiếp tục xử lý hoàn thiện trước sử dụng File dạng DXF dạng tổng quát, cho phép trao đổi qua lại nhiều phần mềm đồ họa GIS 73 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version 9.5 Hồ Long Phi Xuất phương án mô (scenario) Trong nhiều trường hợp ta cần lưu lại số thông số hệ thống trước thay đổi phương án thông số khác Chức EXPORT SCENARIO cho phép ta chọn lưu lại thông số theo mong muốn để sử dụng lại cần - Chọn FILE - EXPORT - SCENARIO - Đánh dấu lên ô tùy chọn theo yêu cầu: NODAL DEMAND: lưu lại nhu cầu nước nút PIPE DIAMETERS: lưu lại đường kính ống PIPE ROUGHNESS: lưu lại hệ số nhám ống INITIAL QUALITY: lưu lại chất lượng nước ban đầu REACTION COEFFICIENTS: lưu lại hệ số phản ứng hóa học hệ thống CONTROLS: lưu lại lệnh điều khiển chế độ hoạt động cũa hệ thống Các phương án khác tiếp tục phát triển từ phương án gốc thay đổi hay số thông số nêu 9.6 Xuất thông số mạng lưới Lệnh SAVE hay SAVE AS cho phép lưu lại kết dạng file binary (.NET) Tuy nhiên dạng file cho phép truy cập EPANET thông qua lệnh OPEN mà không cho phép quan sát hay thay đổi nội dung bên file Nếu muốn lưu lại toàn thông số nhập (INPUT) hệ thống để xem lại hay thay đổi phần mềm xử lý văn thông dụng, ta phải xuất thông số dạng ASCII (text) - Choïn FILE - EXPORT - NETWORK - Trong cửa sổ EXPORT ta đặt tên cho file (.INP) File xem nội dung phần mềm xử lý văn thông dụng WORD, NOTEPAD, WORDPAD… 74 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi - File INP mở để sử dụng lại EPANET thông qua lệnh IMPORT 75 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi HỎI ĐÁP Hỏi: Tôi nhận báo lỗi có dòng chữ: " …Negative pressure…", xin cho biết lý Đáp: "Áp lực âm" mạng lưới đường ống cấp nước xảy nguyên nhân sau: - Cột áp bơm nhỏ, không đủ thắng lại tổn thất áp lực mạng áp lực giảm dần vị trí đó, từ sau vị trí áp lực tính âm Thông thường cột áp thiết kế bơm nên chọn cao cột áp yêu cầu vị trí nguy hiểm vào khoảng 20-30% - Cũng mức độ tổn thất áp lực dọc đường ống lớn Khi cần phải tăng đường kính ống lên cho phù hợp Hỏi: Làm đánh giá mức độ hợp lý loại bơm chọn EPANET Đáp: Việc đánh giá mức độ hợp lý bơm dựa vào trình lưu lượng hoạt động thực bơm so với điểm làm việc có hiệu suất cao (Best Efficiency Point - BEP) - Nếu lưu lượng hoạt động bơm dao động chung quanh vị trí thông số bơm chọn hợp lý - Nếu lưu lượng hoạt động bơm chu kỳ cấp nước lệch bên trái BEP thông số chọn thiên lớn lưu lượng Khi ta chọn lưu lượng thiết kế bơm nhỏ lại chút - Nếu lưu lượng hoạt động bơm chu kỳ cấp nước lệch bên phải BEP thông số chọn thiên nhỏ lưu lượng Khi ta chọn lưu lượng thiết kế bơm lớn lên chút Chú ý điều chỉnh lại lưu lượng thiết kế khai báo thông số bơm, c6àn phải chỉnh lại cột áp cho tương ứng: tăng Q htì giảm H ngược lại Hỏi: Làm đánh giá tính hợp lý thông số đài nước chọn? Đáp: Các thông số đài nước bao gồm: chiều cao chân (cao độ đáy), chiều cao đường kính bầu đài Cao độ đáy đài nước thường không nên cao so với cột áp cần thiết Thông thường chênh lệch vào khoảng 5-10 m phù hợp Ngoài cần phải lưu ý đến chiều cao lớp nước dự trữ đài bao gồm lớp nước trữ cặn dung tích chữa cháy Chiều cao đường kính bầu đài phải cân xứng mặt hình học Tỉ số trung bình H/D thường chọn vào khoảng 0.8 - Hỏi: Đường kính ống chọn phù hợp? Đáp: 76 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi Đường kính ống thông số chủ yếu định tính kinh tế hệ thống cấp nước Đường kính ống nhỏ có giá thành hạ, nhiên lại làm tăng chi phí lượng trình vận hành ngược lại Việc đánh giá tính hợp lý đường kính ống chọn kết trình phân tích kinh tế phương án khác Tuy nhiên đối hệ thống cấp nước nhỏ hay giai đoạn phân tích sơ bộ, nhận xét sau giúp ích phần cho việc đánh giá: - Căn vào vận tốc đường ống chu kỳ hoạt động 24 so với vận tốc kinh tế đường kính ống tương ứng (xem chương 3, mục 3.1) 77 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi PHỤ LỤC Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư theo loại nhà (TCXD -33-85) STT Mức độ trang thiết bị vệ sinh bên công trình khu nhà Khu vực dùng nước công cộng phố Nhà có nước hệ thống riêng thiết bị vệ sinh lẫn hệ thống thoát nước bên Nhà có thiết bị vệ sinh, vòi tắm hương sen hệ thống thoát nước bên công trình Nhà có thiết bị vệ sinh, bồn tắm hệ thống thoát nước bên công trình Nhà có đủ thiết bị vệ sinh mục có thêm thiết bị cấp nước nóng cục Tiêu chuẩn dùng nước trung bình (l/người-ngày) 40 - 60 60 -100 100 - 150 150 -250 200 - 300 Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tạm tính STT Loại công trình Nhà – tầng Nhà – tầng Khu du lịch nghỉ mát, khách sạn trở lên Điểm dân cư nông nghiệp có mật độ 350 người/ha, số dân 3000 người Điểm dân cư nông nghiệp có mật độ 350 người/ha, số dân 3000 người Tiêu chuẩn dùng nước trung bình (l/người-ngày) 80 – 120 120 -180 180 – 400 40 – 50 50 – 60 Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư theo tính chất đô thị (72/2001/NĐ-CP) Loại đô thị Mật độ DS Người/km2 Tổng DS 1000 người Đặc biệt Loại Loại 2, 3, Loại > 15000 > 12000 > 6000 > 2000 >1500 >500 >50 >4 Tiêu chuẩn dùng nước trung bình (l/người-ngày) Đến năm 2010 Đến năm 2020 Tỉ lệ dân qtc Tỉ lệ dân qtc cấp (l/ngườiđược cấp (l/ngườinước % ngày) nước ngày) 100 165 100 180 95 150 100 165 90 120 100 150 80 80 - 120 100 120 Ghi chú: - Nếu số liệu cụ thể, lưu lượng nước cấp cho khu công nghiệp tập trung lấy theo tiêu chuẩn 45 -50 m3/ha-ngày - Đối với khu công nghiệp nhỏ tiểu thủ công nghiệp phân tán không xác định 78 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version - Hồ Long Phi cụ thể, cho phép lấy – 10% tổng lưu lượng nước cấp sinh hoạt Khi có lý xác đáng phép lấy tăng thêm không 15% Lượng rò rỉ dự phòng lấy 25 – 40% lượng nước cấp cho toàn đô thị (TCXDVN 1997) Lượng nước tự dùng cho thân hệ thống cấp nước lấy – 6% lượng nước cấp cho toàn đô thị (TCXDVN 1997) Lượng nước dự trữ chữa cháy dự trữ bể lấy theo tiêu chuẩn cấp nước chữa cháy (xem bảng tiêu chuẩn cấp nước chữa cháy) Lượng nước dự trữ chữa cháy đài nước lấy theo tiêu chuẩn cấp nước chữa cháy 10 phút (xem bảng tiêu chuẩn cấp nước chữa cháy) Tiêu chuẩn tưới đường công viên Mục đích dùng nước Đơn vị tính Rửa giới mặt đường quảng trường hoàn thiện Tưới giới mặt đường quảng trường hoàn thiện Tưới thủ công (dùng ống mềm) cho vỉa hè mặt đường hoàn thiện Tưới xanh đô thị Tưới thảm cỏ bồn hoa lần rửa lần tưới Tiêu chuẩn tưới (L/m2) 1,2 – 1,5 0,3 – 0,4 lần tưới 0,4 – 0,5 lần tưới lần tưới 3–4 4–6 Khi số liệu quy hoạch (đường đi, xanh, vườn ươm…) cho phép lấy lưu lượng nước tưới không – 12% tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt Tiêu chuẩn cấp nước chữa cháy cho khu dân cư Dân số (1000 người) Số đám cháy xảy đồng thời Ñeán Ñeán 10 Ñeán 25 Ñeán 50 Ñeán 100 Ñeán 200 Ñeán 300 Ñeán 400 Ñeán 500 1 2 3 3 Lưu lượng nước cho đám cháy (l/s) Nhà hỗn hợp Nhà tầng trở tầng Nhà tầng trở xuống với bậc lên không phụ không phụ chịu lửa thuộc bậc chịu thuộc bậc chịu lửa lửa I, II, III IV, V 5 10 10 10 10 15 15 10 10 15 15 15 20 20 25 20 25 30 35 20 30 40 40 55 50 70 60 80 79 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi Tiêu chuẩn cấp nước chữa cháy cho khu công nghiệp - Khu công nghiệp có diện tích 150 lấy đám cháy Khu công nghiệp có diện tích 150 lấy đám cháy xảy đồng thời Lưu lượng nước chữa cháy cho công trình công cộng phép tính theo bảng sau xem có hạng sản xuất C Khối tích công trình (1000m3) Bậc chịu Hạng sản lửa xuất 50 I, II D, E, Z 5 10 10 15 I, II A, B, C 10 10 15 20 30 III D, E 10 15 25 35 IV C 10 15 20 30 40 IV, V D, E 10 15 20 30 IV, V C 15 20 25 Bậc tin cậy trạm bơm (TCXD -33 -1985) Bậc tin cậy Đặc điểm hộ dùng nước Loại - Không phép dừng cung cấp nước; hệ thống chữa cháy riêng hệ thống chữa cháy kết hợp Loại - Được phép ngừng cung cấp nước thời gian ngắn để mở máy dự phòng - Khi hệ thống chữa cháy riêng kết hợp có đủ dung tích trữ dự phòng chữa cháy có đủ áp lực cần thiết - Đối với trạm bơm cấp nước cho khu dân cư 5000 người Loại - Được phép ngừng cung cấp nước để khắc phục cố không ngày - Khi hệ thống chữa cháy riêng kết hợp có nhu cầu nước chữa cháy tới 20 l/s khu dân cư tới 5000 người - Hệ thống cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư tới 5000 người - Cung cấp nước tưới cây, rửa đường - Cung cấp nước cho công trình phụ nhà máy - Khi tải nước đường ống Số lượng tổ máy bơm dự phòng xác định theo bậc tin cậy (TCXD 33:1985) Số lượng tổ máy hoạt động đồng thời 2–3 4–6 7–9 Bậc tin cậy 1-2 2-3 Số lượng tổ máy dự phòng Bậc tin cậy 1 2 Bậc tin cậy 1 80 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version 10 - 3-4 Hồ Long Phi Ghi chú: - Trong số tổ máy hoạt động có tính máy bơm chữa cháy - Khi nhóm máy có máy bơm với đặc tính khác số lượng máy dự phòng máy bơm lớn lấy theo bảng trên; máy bơm nhỏ lấy giảm máy - Cho phép không đặt máy bơm chữa cháy dự phòng khu dân cư có nhu cầu chữa cháy ≤ 20 l/s - Các quy định khác xin xem thêm TCXD 33 -85 Các quy định ống dẫn, mạng lưới đường ống công trình mạng (TCXD 33:1985) Số lượng đường ống dẫn nước thường không nhỏ Đường kính ống dẫn số lượng ống nối phải thiết kế cho có cố xảy vị trí đường ống lưu lượng nước chảy qua phải đảm bảo 70% lưu lượng sinh hoạt phần lượng nước công nghiệp cần thiết Khi cần xét đến khả tận dụng bể chứa máy bơm dự trữ - Trong trường hợp có đường ống, phải dự trữ nước với dung tích đảm bảo cho 70% lượng nước sinh hoạt tính toán phần lượng nước công nghiệp cần thiết - Mạng lưới đường ống phải mạng vòng Mạng lưới cụt phép áp dụng trường hợp sau: o Cấp nước sản xuất phép dừng để sửa chữa o Cấp nước sinh hoạt đường kính ống không lớn 100mm o Cấp nước chữa cháy chiều dài không 300mm o Cấp nước chữa cháy có số dân 3000 người, với tiêu chuẩn cấp nước chữa cháy 10 l/s phép lắp đặt mạng lưới cụt chiều dài không 300m, phải phép quan PCCC có biện pháp trữ nước chữa cháy o Được phép đặt mạng lưới cụt theo phân đợt xây dựng trước hoàn chỉnh mạng vòng theo quy hoạch - Đường kính tối thiểu mạng lưới cấp nước sinh hoạt kết hợp với chữa cháy khu dân cư xí nghiệp công nghiệp không nhỏ 100mm - Khi ống dẫn mạng vòng bị hư hỏng lưu lượng cấp cho sinh hoạt mạng lưới phép giảm 30 – 50% Đối với điểm dùng nước bất lợi phép giảm 75% lưu lượng, áp lực tự không giảm 10m Đối với hệ thống cấp nước cho sản xuất lưu lượng giảm cho phép tính theo trường hợp nhà máy làm việc gặp cố Tổng lưu lượng cấp cho đối tượng dùng nước phụ thuộc vào số trạm bơm cấp vào mạng lưới không giảm 30% - Khi tính mạng lưới trường hợp có cháy không kể trường hợp mạng lưới gặp cố - Đặt đường ống phân phối kèm với đường ống chuyển tải có đường kính ≥ 600mm lưu lượng ống phân phối ≤ 20% lưu lượng tổng cộng - Nếu đường ống < 600mm việc đặt thêm đường ống phân phối kèm phải 81 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version - - Hồ Long Phi có lý đáng Khi ống qua đường có bề rộng mặt đường > 20m cho phép tách thành ống song song Chiều dài đoạn đường ống để sửa chữa1 quy định sau: o Khi có nhiều đường ống đặt song song hoạt động độc lập lấy không 5km o Khi có liên hệ đường ống lấy chiều dài đoạn ống điểm nối o Khi có đường ống chiều dài không 3km o Không phép qua họng chữa cháy Họng chữa cháy bố trí dọc theo đường ô tô, khoảng cách họng chữa cháy lấy không 150m (TCVN 2622:1995) Trong công trình công nghiệp, đô thị hay dân dụng mà lưu lượng nước chữa cháy bên không 20l/s khoảng cách trụ nước chữa cháy nhà không 100m Trường hợp tính toán hệ thống cấp nước (TCXD 33:1985) - Lựa chọn trường hợp tính toán chế độ làm việc phối hợp trạm bơm, đường ống dẫn, đài bể chứa theo mức độ phức tạp yêu cầu cụ thể hệ thống cấp nước thời kỳ: o Lưu lượng lớn ngày dùng nước nhiều o Lưu lượng nhỏ ngày dùng nước nhiều o Lưu lượng lớn có xét đến lưu lượng chữa cháy o Lưu lượng trung bình cho ngày dùng nước trung bình o Lưu lượng nhỏ ngày dùng nước o Trường hợp có cố số đoạn Những quy định đài nước bể chứa - - Chiều cao đài nước bể chứa phải đảm bảo việc cung cấp nước trường hợp bất lợi nhất: o Với mực nước thấp đài, phải đảm bảo áp lực chữa cháy mạng2 o Từ mực nước chữa cháy trở lên, phải đảm bảo áp lực cấp nước cho sinh hoạt Nếu có đường ống dẫn nước vào bể chứa bể cần phải có dung tích dự phòng cố thời gian sửa chữa đường ống để đảm bảo cấp nước cho: o Nhu cầu nước sản xuất thời gian có cố o 70% nhu cầu nước sinh hoạt tính toán o Chữa cháy – lưu lượng chữa cháy đến 25 l/s, phụ thuộc vào mức dộ chịu lửa nhà Thời gian cần thiết để khắc phục cố đường ống: Tức khoảng cách van chia đoạn sửa chữa đường ống có cố Hệ thống chữa cháy áp lực thấp có áp lực tự yêu cầu không nhỏ 10m (điều 3.15 TCXD 33:1985) 82 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version - - Hồ Long Phi o Ống có đường kính < 400mm, lấy – 12 o Ống có đường kính 400 – 600 mm, lấy 12 – 18 o Ống có đường kính > 400 lấy 18 – 24 Trong trường hợp lấy nước trực tiếp từ nguồn hay lấy trực tiếp từ đường ống cấp nước với lưu lượng áp lực không thường xuyên đảm bảo phải có biện pháp dự trữ nước vào lượng nước chữa cháy lớn Khi tính toán lượng nước cung cấp cho chữa cháy phải đồng thời đảm bảo lượng nước dùng cho sản xuất sinh hoạt không tính nước dùng để tưới rửa đường Đối với bể hay đài cung cấp nước bơm áp lực lượng nước dự trữ chữa cháy tính sau: o Đối với công trình công nghiệp, lượng nước dự trữ chữa cháy tính theo lượng nước cần thiết cho họng phun chữa cháy nhà thiết bị phun tự động thời gian 10 phút đầu xảy cháy o Đối với khu dân dụng nước dự trữ phải đảm bảo cung cấp chữa cháy cho đám cháy bên đám cháy bên thời gian 10 phút với lưu lượng nước cần thiết lớn nhất, đồng thời đảm bảo nhu cầu dùng nước khác o Khi tính dung tích bể dự trữ nước chữa cháy, cho phép tính lượng bổ sung liên tục vào bể Những quy định áp lực hệ thống cấp nước (TCXD 33:1985) - - Áp lực tự nhỏ mạng lưới cấp nước sinh hoạt khu dân cư, điểm lấy nước vào nhà, tính từ mặt đất không nhỏ 10m cho khu nhà tầng Đối với nhà cao tầng, tầng cao phải tăng thêm 4m Chiều cao tầng tính toán lấy theo số tầng cao phổ biến, chiếm 50% tổng diện tích quy hoạch hay sử dụng Áp lực tự cao mạng không nên 40m Trường hợp đặc biệt lấy đến 60m Áp lực tự mạng lưới cấp nước chữa cháy áp lực thấp không lấy nhỏ 10m Chỉ xây dựng hệ thống chữa cháy áp lực cao (có máy bơm chữa cháy cố định) có đầy đủ sở kinh tế - kỹ thuật Áp lực hệ thống chữa cháy áp lực cao phải đảm bảo chiều cao cột nước đặc không nhỏ 10m Lưu lượng tính toán vòi phun l/s Số liệu tham khảo hệ số không điều hoà Theo TCXD 33:1985, Kgiờ max xác định sau: Kgiờ max = αmax βmax Công thức tính áp lực tự Hyc = 10 + 4(n-1); n: số tầng cao theo quy hoạch 83 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi αmax = 1.4 – 1.5 βmax tra theo bảng sau tùy theo dân số: Dân số (1000 người) 10 20 50 100 300 ≥ 1000 βmax 1.8 1.6 1.4 1.3 1.2 1.15 1.1 1.05 Các số liệu sau cung cấp chuỗi hệ số không điều hòa giờ, xác định theo giá trị Kgiờ max Những giá trị khai báo bảng DEMAND PATTERN nút cấp nước sinh hoạt Hệ số không điều hoà nhu cầu nước sinh hoạt (DEMAND PATTERN) Số liệu VN trước 1980 Số liệu Liên Xô (cũ) Kgiờ max Kgiờ max Giờ 1.35 1.5 1.8 Giờ 1.4 1.45 1.5 1.7 1.8 1.9 2.5 0.6 0.552 0.528 0.6 0.48 0.36 0.24 0.216 0.204 0.18 0.144 0.6 0.6 0.552 0.624 0.504 0.36 0.24 0.216 0.204 0.18 0.144 0.6 0.6 0.576 0.528 0.432 0.36 0.24 0.216 0.204 0.24 0.288 0.672 0.6 0.6 0.528 0.456 0.36 0.24 0.24 0.24 0.24 0.48 0.768 0.888 0.72 0.768 0.672 0.6 0.48 0.324 0.648 0.72 0.84 1.08 1.2 1.32 0.96 0.912 0.84 0.72 0.924 1.128 1.32 0.84 1.2 1.26 1.32 1.08 1.272 1.08 1.2 1.248 1.284 1.32 1.128 1.2 1.2 1.08 1.224 1.272 1.32 1.56 1.488 1.404 1.44 1.56 1.2 1.2 0.984 1.056 1.008 1.32 1.08 1.32 1.08 0.84 0.384 10 1.2 1.08 1.008 10 1.104 1.08 1.2 1.08 1.404 1.008 0.84 0.384 11 1.272 1.08 1.2 11 1.104 1.128 1.5 1.32 1.2 1.32 1.2 1.488 12 1.2 1.5 1.008 12 1.248 1.368 1.5 1.56 1.56 1.488 1.62 2.448 13 1.008 1.2 0.984 13 1.128 1.32 1.2 1.56 1.8 1.08 1.44 2.112 14 1.032 1.08 1.008 14 1.08 1.224 1.2 1.2 1.608 1.524 1.32 0.84 15 1.152 1.08 1.032 15 1.056 1.152 1.32 1.2 1.284 1.284 0.84 0.984 16 1.152 1.08 1.296 16 1.104 1.176 1.44 1.08 1.116 1.152 0.84 0.984 17 1.152 1.2 1.68 17 1.104 1.2 1.44 1.32 1.08 0.96 1.44 1.08 18 1.344 1.5 1.8 18 1.296 1.488 1.5 1.68 1.32 1.896 2.04 2.496 19 1.344 1.5 1.536 19 1.392 1.392 1.5 1.68 1.512 1.8 1.92 2.256 20 1.248 1.08 1.08 20 1.296 1.392 1.08 1.56 1.284 1.368 1.44 1.752 21 0.744 0.84 0.84 21 1.176 1.032 0.96 1.32 1.2 1.32 1.2 0.84 22 0.744 0.6 0.72 22 1.008 0.864 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.24 23 0.744 0.6 0.6 23 0.888 0.672 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 0.144 24 0.744 0.48 0.528 24 0.648 0.504 0.36 0.24 0.24 0.204 0.18 0.144 84 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi Hệ số không điều hoà nhu cầu nước khác (DEMAND PATTERN) Giờ Loại đối tượng dùng nước Tưới cây, công viên Rửa đường Bệnh viện, khách sạn Ký túc xá 0 0.048 0.036 0 0.048 0.036 0 0.048 0.036 0 0.048 0.036 0 0.12 0.036 0.12 0.06 0.72 0.072 1.2 5.64 0 1.92 1.632 10 0 2.4 1.104 11 0 1.44 0.864 12 0 2.4 0.48 13 0 2.4 0.72 14 0 1.44 1.5 15 0 1.2 1.5 16 2.04 0.72 17 1.32 0.96 18 1.2 0.864 19 1.2 0.792 20 1.2 1.2 21 0.48 0.624 22 0.168 4.464 23 0.72 0.384 24 0.12 0.24 Biểu đồ DEMAND PATTERN nút kiểm tra áp lực chữa cháy lấy sau: - vào 18, 19 20 (tương ứng với dùng nước nhiều ngày) - Bằng vào lại Quy cách sản xuất ống nhựa PVC cứng STT Quy caùch Φ21 x 1.2 mm Φ21 x 1.4 mm Φ21 x 1.6 mm Φ21 x mm Φ21 x mm Φ27 x 1.3 mm Áp suất công tác STT Quy cách Áp suất công tác 85 Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Hoà Long Phi Φ27 x 1.6 mm Φ27 x 1.8 mm Φ27 x 2.2 mm Φ27 x mm Φ34 x 1.4 mm Φ34 x 1.8 mm Φ34 x 2.1 mm Φ34 x 2.5 mm Φ34 x mm 86 ... đường ống cấp nước Xuất kết EPANET Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐƠN GIẢN Trong chương người đọc làm quen với EPANET thông... việc thiết kế mạng lưới cấp nước với EPANET Ngoài ra, phần phụ lục trích dẫn quy định cần Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version Hồ Long Phi thiết quy phạm TCXD 33:1985 công tác thiết. .. phun hệ thống tưới tự động) Thiết kế hệ thống cấp nước đô thị với EPANET version • Hồ Long Phi Mô hoạt động hệ thống cấp nước theo điều kiện tự động hoá cho trước Ngoài khả mô chất lượng nước EPANET