MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC - CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA & THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC pdf

M NG LƯ I C P THOÁT NƯƠÙC TRƯ NG ð I H C BÁCH KHOA TP HCM N I DUNG MƠN H C Khoa KTXD - B mơn KTTNN PGS TS NGUY N TH NG E-mail: nthong56@gmail.com or nthong56@yahoo.fr Chương Ch t lư ng, ht phân ph i nư c & thi t b Chương Qu n lý cung - c u c p nư c Chương Mơ hình hố & thi t k ht c p nư c Chương 4: Phân tích m ng lư i c p nư c Chương 5: Nư c va đư ng ng ch y có áp Chương Quy ho ch h th ng thóat nư c Chương Mơ hình hố & thi t k ht thoát nư c Chương Thoát nư c vùng tri u Chương Qu n lý v n hành ht c p thoát nư c Ph n m m SWMM & EPANET Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong 10/14/2010 Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 10/14/2010 MAÏNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 1: Chất lượng, hệ thống phân phối & thiết bị Th c hành 1: Mơ hình d báo nhu c u nư c dùng v i p/p H i quy n tính Th c hành 2: Mô ph ng m ng lư i c p nư c v i EPANET Th c hành 3: Mơ ph ng m ng lư i nư c v i SWMM Th c hành 4: Mô ph ng th y l c v i HECRAS PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước MÔ HÌNH HOÁÙ HỆÄ THỐÁNG HOA HE THO NG PHÂN PHỐÁI NƯỚC PHO NƯ 10/14/2010 MÔ HÌNH HOÁ & THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC Nội dung: - Mô hình hoá hệ thống cấp nước - Lý thuyết lập mô hình - Mô hệ thống cấp nước - Mô hệ thống với phần mềm Epanet 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước CHƯƠNG N I DUNG 10/14/2010 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước KIẾN THỨC CẦN THIẾT - Lý thuyết thủy lực bản; - Kiến thức thực tế vận hành hệ thống phân phối nước MỤC ĐÍCH MÔ PHỎNG - Quy hoạch tổng thể dài hạn; - Sự phục hồi; - Các nghiên cứu chữa cháy; - Quan sát chất lượng; - Quản lý lượng; - Thiết kế hệ thống; - 10/14/2010 u vận hành, ứng phó & xử lý cố hàng ngà6y Nhu cầ PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Quy hoạch tổng thể dài hạn: Xác định dự án phát triển để đảm bảo chất lượng phục vụ tương lai Nhận vùng có nguy ’tiềm ẩn’ (áp suất thấp, chất lượng nước,…) Xác định quy mô vị trí đường ống chuyển nước, trạm bơm, công trình trữ nước để ‘đảm bảo’ không xảy thay đổi lưu lượng, áp suất vượt cho phép Sự phục hồi: Nhận biết hạng mục (đường ống, van, bể chứa,…) xuống cấp cần phải thay Mô hình thủy lực cho phép đánh giá khả xảy với phương án cải tạo khác phương án cải tạo kinh tế 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Theo dõi chất lượng nước: Mô hình mô mô phỏng: tuổi nước, chất đánh dấu nguồn, phân bố nồng độ hoá chất (ví dụ Clo dư) Quản lý lượng: Ngoài chi phí bảo dưỡng sửa chữa hạ tầng, chi phí lượng bơm & quản lý chiếm tỷ lệ lớn Mô thủy lực cho phép đánh giá hiệu tiêu thụ lượng bơm (hiệu suất chạy bơm) 10/14/2010 VẬN HÀNH HÀNG NGÀY PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Khi vận hành cần đảm bảo: - áp suất; - lưu lượng; - mực nước đài dao động phạm vi cho pheùp 10/14/2010 10 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước THỂ HIỆN MÔ HÌNH CẤP NƯỚC - Bể chứa Trong mô hình thể nút biên Xem nguồn nước cấp ‘vô hạn’ cho hệ thống Trong mô hình hoá mạng lưới dùng để mô tả: ao giếng nước ngầm bể chứa nước sau trạm xử lý bơm 10/14/2010 11 cấpNguy n Th ng PGS Dr - Đài nước: Là nút biên Đường đo áp thay đổi theo dòng chảy vào, đài Dung tích hữu hạn (giống thực tế) Các thông số mô đài: độ cao đáy, đường kính, trường hợp đài hình trụ [nếu dạng khác W=f(h), chiều sâu nước đài], mực nước ban đầu (t=0), mực nước thấp & mực nước cao nhaát 10/14/2010 12 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước THÔNG SỐ MÔ PHỎNG ĐÀI NƯỚC CÓ LOẠI ĐÀI NƯỚC CƠ BẢN - Đài với mặt nước tự - Đài có áp (đài thủy lực nén khí) - Đài dùng bơm Các đài nước giữ vai trò điểm nguồn cung cấp nước MN lớn MN ban đầu MN thấp Cao trình đáy đài pa h Q W=f(h) 10/14/2010 13 PGS Dr Nguy n Th ng 10/14/2010 14 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước ĐÀI NÉN KHÍ Là loại đài kín, phần làm đầy khí nén Nó vị trí ‘thấp’ hệ thống so với yêu cầu đài nước có mặt thoáng tự do: Mối nối: Nút mạng lưới Vị trí giao hai hay nhiều đường ống Nơi lấy lưu lượng Bình nén khí p>pa Vhiệu qiả MNmax d1 MNmin d2 d1 d2 d3 Thông số mối nối: cao trình & lưu lượng TB (với patten tương ứng) vào (ra nút) có Bơm 10/14/2010 Đường ống q 15 PGS Dr Nguy n Th ng 10/14/2010 16 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Đoạn (đường) ống Giới hạn mối nối (nút) Quy ước có d không đổi Khi tính toán thủy lực Không có lưu lượng (vào) dọc tuyến (trong trường hợp có lưu lượng dọc tuyến quy đổi gần lưu lượng tập trung nút đầu) Thông số: Chiều dài (l), đường kính (mm), hệ số nhám Trong mô hình mô người ta đưa vào giá trị đường kính định danh 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng 17 d thực 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng D D đ nh danh 18 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Máy bơm: Thiết bị bổ sung lượng cho hệ thống dạng nâng cột nước (áp suất) Các thông số bơm: Đường đặc tính H ~ Q Đường đặc tính η ~ Q, H Đường đặc tính N ~ Q, H Đường đặc tính [Hck]cp ~ Q 10/14/2010 19 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước ĐƯỜNG CONG ĐẶC TÍNH BƠM H (m) Quan Q=f(H) xác ñ nh tư nha SX bơm Htk H=33.3-20.84.10-5Q2 EPANET H(m), Q(l/s) Qtk 20 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Van: Thay đổi lưu lượng qua thông qua việc thay đổi sức cản dòng chảy - Van cách li; - Van chiều; - Van giữ cao độ; - Van xả khí & phá chân không; - Van giảm áp; - Van khống chế (lưu lượng) 10/14/2010 21 PGS Dr Nguy n Th ng (a)vane roâbinet, (b) vane bướm, (c)vane clapet chiều, (d) vane giảm áp 10/14/2010 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Sơ đồ minh hoạ làm việc VAN GI M ÁP (H=Z+p/γ) γ p/γ γ MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Sơ đồ minh hoạ làm việc VAN GI Tổng cột nước H van giảm áp Vùng phục vụ cao Z Van giảm áp Bể chứa đồi ∆H 10/14/2010 Vùng phục vụ thấp ∆H p/γ k/có van! γ H có van ÁP Tổng cột nước H Mức thấp van giữ áp H có van Vùng phục vụ cao Van giữ áp Mặt chuẩn PGS Dr Nguy n Th ng 22 PGS Dr Nguy n Th ng Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Bể chứa đồi Q (m3/s) 10/14/2010 23 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng Vùng phục vụ thấp 24 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Bơm LÝ THUYẾT LẬP MÔ HÌNH Phân tích thủy lực Phân tích chất lượng nước Đoạn ống Nút (điểm lấy nước) Bể chứa Đài nước 10/14/2010 25 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC TỔN THẤT NĂNG LƯNG Còn gọi tổn thất cột nước bao gồm: - Tổn thất dọc đường (đường dài) ma sát dòng chảy thành ống - Tổn thất cục rối loạn dòng chảy sinh dòng chảy thay đổi phương đột ngột qua chỗ nối ống, thay đổi tiết diện chảy đột ngột 10/14/2010 27 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC dhL (m) tổn thất cột nước Q (m3/s) lưu lượng qua ống D (m) đường kính ống f hệ số ma sát: ∆e 2.51 - Colebrook-White: = −2 lg( + ) 3.7D f 10/14/2010 26 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước TỔN THẤT NĂNG LƯNG ĐƯỜNG DAØI - Darcy-Weisbach: 8fLQ dh L = - Hazen-Williams: - Manning: 10/14/2010 dh L = gD5π 10,7 LQ1,852 D 4,87 C1,852 10,3n LQ2 dh L = D 5,33 28 PGS Dr Nguy n Th ng Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước PGS Dr Nguy n Th ng 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước - Swamee-Jain: MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước f= Re f 0.25 ∆e 5.74   ln( 3.7 D + Re 0.9 )    29 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước - Federov: ∆e a = −2 lg( + 2) 13.68R Re f ∆e độ nhám tương đương, R bán kính thủy lực - - Re số Reynold, a2 phụ thuộc tính nhám thành ống & chất lơ lửng - n hệ số nhám (0.01 0.025) - C hệ số phụ thuộc loại tình trạng ống (50 140) 10/14/2010 30 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước TÍNH THỦÛY LỰC THU LỰ MẠÏNG LƯỚI MA NG LƯ PHÂN PHỐÁI NƯỚC PHO NƯ 10/14/2010 31 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Các phương pháp tính thủy lực mạng lưới: - Mạng lưới cụt: Phương pháp trực tiếp (Q, H) - Mạng lưới vòng: Phương pháp Hardy Cross (giải lặp) Phương pháp cân lưu lượng nút (ma trận) Phương pháp tổng quát (Epanet) - Mạng lưới hỗn hợp (cụt+vòng): Phương pháp tách thành mạng lưới cụt + mạng lưới vòng Phương pháp tổng quát 10/14/2010 32 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước TÍNH THỦY LỰC MẠNG LƯỚI • Mục đích: Xác định phân phối lưu lượng đường ống (hoặc cột nước đo áp nút) theo thời gian (mô thủy lực mạng lưới) • Phương pháp: – Mạng lưới hở (cụt): Giải trực tiếp từ cuối mạng (cuối đường ống nhánh) ‘nguồn’ Xem lý thuyết Cơ chất lỏng Cấp thoát nước – Mạng lứơi vòng: Phương pháp dần Hardy Cross, Phương pháp cân lưu lượng nút (ma trận) TÍNH THỦY LỰC MẠNG LƯỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG L/L NÚT dh Đường p/γ γ Hj c/nước đo áp Q(i) z j H=z+p/γ γ 10/14/2010 33 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC TÍNH THỦÛY LỰC THU LỰ MẠÏNG LƯỚI MA NG LƯ PP CÂN BẰÈNG BA NG LƯU LƯNG NÚÙT LƯ NG NU 10/14/2010 Quan hệ Q dh, Q (m3/s) : lưu lượng qua ống dh (m) tổn thất lượng K hệ số phụ thuộc đặc tính ống, Q (quan hệ phi tuyến) 10/14/2010 34 H=z+p/γ cột nước đo áp toàn phần, m=1 PGS Dr Nguy n Th ng Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước PGS Dr Nguy n Th ng o dh = K.Q m = K 'Q o Hk k 35 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG LƯU LƯNG NÚT Xét quan hệ tổn thất lượng lưu lượng qua đoạn ống i: Tên ống i i i Tại nút k: Qk = k i ∆H = k i H k − H ij Tại nút j: Q ij = −k i H ki − H ij Tên nút ( ( ) ) Viết dạng ma trận ta có: i Qki   − 1  H k  = ki   i  i  Q j  − 1   H j      10/14/2010 (dạng ma trận) PGS Dr Nguy n Th ng Qi = Ki H i 36 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước HỆ THỐNG P/T CHO TOÀN MẠNG LƯỚI • Để thiết lập hệ phương trình biểu diễn cho toàn mạng lưới, ta dựa vào nguyên tắc cân lưu lượng nút • Để đơn giản, ta xét ví dụ cho mạng lưới đơn giản sau: SƠ ĐỒ MNG LƯỚI 10/14/2010 37 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Ta gọi Cj lưu lượng vào (hoặc ra) hệ thống mạng lưới nút j với quy ước: • Cj > : lưu lượng vào nút • Cj < : lưu lượng khỏi nút Sự cân lưu lượng nút j cho phép ta viết: Trong đo n ng i j =Cj h i t v nút i • với số i biểu thị tất đường ống hội tụ nút j 10/14/2010 39 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Xét phần tử đường ống i=7 ta có: C1 C5 10/14/2010 38 MAÏNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước • Ví dụ nút j=5 cho mạng lưới nêu ta có phương trình cân lưu lượng sau: Q55 + Q57 + Q5 = C (1) Tên ño n ng • Xét phần tử đường ống i=5 ta có: Tên nút Q5   − 1  H    = k5     − 1   H  Q  10/14/2010 40 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Thay vào phương trình cân nút thu gọn ta có: − k H − k H − k H + k + k + k H = C (1) Q4   − 1  H    = k7     − 1   H  Q5  (5 ) 5 Ví dụ nút j=1: Với nút ta có phần tử i=1 i=2 liên kết vào nút Xét phần tử i=1 ta có: Xét phần tử đường ống i=8 ta có: Q   − 1  H    = k8     − 1   H  Q  10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước PGS Dr Nguy n Th ng C6 1 PGS Dr Nguy n Th ng Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước ∑Q 4 Q1   − 1  H    = k1     − 1   H  Q2  41 10/14/2010 42 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Xét phần tử i=2 ta có: Ta tổng quát hoá quy luật chung viết dạng ma trận tổng thể sau: Q   − 1  H    = k2     − 1   H  Q  2 Thay vào phương trình cân nút ta có: (k1 + k )H − k1 H − k H = C1 (2) 10/14/2010 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước 43 PGS Dr Nguy n Th ng −k1 −k2 0 (k1 +k2)  (k1 +k3 +k4 +k5) −k3 −k4 −k5   (k2 +k3 +k6 +k8) −k6 −k8  (k4 +k6 +k7 +k9) −k7   (k5 +k7 +k8) DX    Chú ý: Ma trận [K] đối xứng 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC H C 1 H C 2  2        =  −k9            k9 H C  6  6 44 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước CHÚ Ý Trong phương pháp gi i l p Hardy Cross n s lưu lư ng Qi ño n ng Trong phương pháp ma tr n n s c t nư c ño áp H t i nút c a m ng lư i SƠ ĐỒ MNG LƯỚI 10/14/2010 C1 45 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước ĐIỀU KIỆN BIÊN • Trước tiến hành giải hệ phương trình tuyến tính trên, điều kiện biên áp dụng mạng lưới phải đưa vào hệ phương trình Thông thường ta có loại điều kiện biên sau đây: Hi : bieát t i nút i Ci : bieát t i nút i Trong trường hợp thứ 1, với Hi biết trước, giá trị xử lý vào hệ phương trình 10/14/2010 47 n Th ng PGS Dr Nguy phương pháp sau: C6 3 C5 10/14/2010 46 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước • Phương pháp 1: (Dùng p/p PTHH) Giữ nguyên hệ phương trình mạng lưới, tiến hành biến đổi hàng thứ i hệ phương trình Cho tất hệ số kij=0 i≠j, kij=1 ≠ i=j thay Ci=Hi: giá trị cột nước biết nút i ho c cho kii=A (A giá tr r t « l n ») thay Ci b i A.Hi (Hi giá tr ñi u ki n biên ñã bi t c a H t i nút i) 10/14/2010 48 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước • Phương pháp 2: Thay giá trị Hi biết vào phương trình biến đổi thích hợp để nhận hệ phương trình có số phương trình (không có phương trình cho Hi biết) Giả sử có n giá trị Hi biết, số phưong trình lại (N-n) với N số nút mạng lưới Bài tập: Viết ma trận biểu thị sơ đồ mạng lưới thủy lực sau ( n s Hi): 10/14/2010 49 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Ví dụ 1: Cho hệ thống mạng lưới hình vẽ Giả thiết dòng chảy tầng Cho biết H1=10 m; C2=-2 m3/s; L1=L2=1000 m; φ1=0.1 m; φ2=0.2 m; ν=10-6 m2/s dòng chảy tầng có: k= πρgφ 128µL C2 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng µ =ν*ρ : hệ số nhớt động lực ν ρ ρ: khối lượng riêng nước 51 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Giải: Trên sở số liệu ta tính được: k1=0.024 m2/s k2=0.385 m2/s Ma trận cho phần tử i=1: Q1   0.024 − 0.024  H   1 =     Q2  − 0.024 0.024   H  10/14/2010 C2 C4 C3 4 10/14/2010 50 Q12   0.385 − 0.385  2 =   Q2  − 0.385 0.385  MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước a Viết ma trận biểu diễn hệ thống b Xác định cột nước H2 lưu lượng qua đoạn ống CHÚ Ý: Quy lu t th y l c dòng ch y t ng ng tròn: Q = k.dh =  H1  H   2 53 πρgφ dh 128µL 10/14/2010 52 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Ma trận tổng thể cho hệ thống là:  (k1 + k ) (− k − k )   (0.024+ 0.385) (− 0.024− 0.385)  Ma trận cho phần tử i=2: PGS Dr Nguy n Th ng C1 PGS Dr Nguy n Th ng Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước C1 1 10/14/2010 (− k1 − k ) (k1 + k2 )    H1  C1  H  = C   2  2 (− 0.024− 0.385)H1  C1  = (0.024+ 0.385) H2  C2      54 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước • Từ điều kiện H1 =10 m C2 =-2 m3/s ta coù: -0.409H1+0.409H2= - ⇒ H2=5.11 m • Từ đó: Q1 =k1(H1-H2) =0.024(10-5.11) =0.1173 m3/s Q2 =k2(H1-H2) =0.385(10-5.11) =1.8826 m3/s 10/14/2010 55 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước • Ví dụ 2: Cho mạng lưới hình vẽ Các số liệu sau: Phần tử L(m) 1000 1000 2000 2000 2000 d(m) 0.4 0.2 0.283 0.283 0.573 k(m /s) 6.164 0.385 0.772 0.772 12.977 10/14/2010 56 PGS Dr Nguy n Th ng MAÏNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Sơ đồ mạng lưới Giải: Ma trận tổng thể cho mạng lưới sau: H1=20m C3=10m3/s − 6.164 − 0.385 ) (6.164+ 0.385  20 C1   (6.164+ 0.772+ 0.772) − 0.772 − 0.772 H2  10    =    (0.385+ 0.772+12.977) −12.977 H3  10  (0.772+12.977) 10  C4  DX      C2=10m3/s 4 Giải hệ phương trình ta có: H2=19.443m;H3=11.495m;C1=6.7m3/s;C4=26.7m3/s H4=10m Xác định lưu lượng (Q) 57 cột nước (H) vị trí chưa biết 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng 10/14/2010 58 PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Ví dụ 2: Cho mạng lưới hình vẽ Các số liệu sau: Sơ đồ mạng lưới Phần tử L(m) 500 500 400 400 d(m) 0.4 0.2 0.2 0.4 k(m /s) 8.0 2.0 2.0 8.0 H4=20m C1=10m3/s H1=40m C2=-5m3/s Xác định lưu lượng cột nước vị trí chưa biết 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng 59 10/14/2010 60 PGS Dr Nguy n Th ng 10 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước BÀI TẬP Thiết lập hệ phương trình dạng ma trận ẩn số cột nước H cho mạng lưới sau: C1 1 6 1 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng 4 PHƯƠNG PHÁP TỔNG QUÁT (Phần mềm EPANET) 4 53 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước 57 5 6 7 61 10/14/2010 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Tổn thất cột nước cho đoạn ống (ij) bất kỳ: dh ij = H i − H j = rQ + mQ n ij 62 PGS Dr Nguy n Th ng Trong trường hợp bơm ta có: ij n   Qij   h ij = −ω h − r  ω         Hi=zi + pi/ρg : cột nước toàn phần nút i ρ dhij tổn thất cột nước đoạn ống (ij) Qij lưu lượng ống (ij) r: hệ số kháng thủy lực n: số mũ (Hazen Williams n=1.852) m: hệ số cục đoạn (ij) h0 cột nước bơm, ω tốc độ tương đối, r & n hệ số đường đặc tính bơm H(m) P=ρgQtkHtk(watt) 10/14/2010 10/14/2010 Htk 63 PGS Dr Nguy n Th ng PGS Dr Nguy n Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước ij − Di = j j tất nút lại ống hội tụ nút i (i=1,N) Di lưu lượng yêu cầu nút i (quy ước >0 Q vào nút) 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng Qtk 64 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Áp dụng phương trình cho toàn hệ thống nhận hệ phương trình viết dạng ma trận: Phương trình liên tục tất nút i: ∑Q Q(m3/s) 65 AH =F A ma trận hệ số (các hệ số [A] phụ thuộc dạng hình học ống & H (bài toán phi tuyến) Trong Epanet dụng phương pháp gradient để giải hệ thống (giải lặp) 10/14/2010 66 PGS Dr Nguy n Th ng 11 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước HẾT CHƯƠNG GIỚÙI THIỆÄU VÍ DỤÏ GIƠ THIE VÍ DU TRONG VIDU_EPA 10/14/2010 PGS Dr Nguy n Th ng 67 10/14/2010 68 PGS Dr Nguy n Th ng 12 ... H i 36 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước HỆ THỐNG P/T CHO TOÀN MẠNG LƯỚI... 53 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước 57 5 6 7 61 10/14/2010 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT... Th ng MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Chương 3: Mô hình hoá & thiết kế hệ thống cấp nước Theo dõi chất lượng nước: Mô hình mô mô phỏng: tuổi nước,