Bai giang epanet chi tiet tac gia dao duy khoi

PHÂN TÍCH MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC BẰNG CHƯƠNG TRÌNH EPANET CHƯƠNG GIỚI THIỆU EPANET 1.1 EPANET gì? EPANET chương trình tính tốn mạng lưới cấp nước, có khả mô thuỷ lực chất lượng nước theo thời gian EPANET mô mạng lưới cấp nước bao gồm đoạn ống, nút, máy bơm, van, bể chứa đài nước, tính lưu lượng đoạn ống, áp suất nút, chiều cao nước bể chứa, đài nước, nồng độ chất mạng theo thời gian làm việc mô mạng lưới EPANET chạy Windows, tạo mơi trường hồ hợp cho việc vào liệu mạng, chạy mơ hình mơ trình thuỷ lực chất lượng nước, quan sát kết theo nhiều cách khác 1.2 Khả mơ thuỷ lực (Hydraulic Modeling Capabilities) Mơ hình mơ thuỷ lực xác điều kiện tiên cho mô chất lượng nước cách hiệu EPANET chứa cơng cụ phân tích thuỷ lực mạnh, có khả sau: - Có thể phân tích mạng lưới cấp nước khơng giới hạn quy mơ Tính tốn tổn thất ma sát thuỷ lực theo ba công thức: Hazen-Williams, Darcy-Weisbach, Chezy-Manning - Tính tổn thất cục đoạn cong, đoạn ống nối, - Mô hình hố máy bơm với số vịng quay cố định thay đổi - Tính lượng bơm giá thành bơm nước Mô loại van khác van đóng (Shutoff), van kiểm tra (Check), van điều chỉnh áp suất (Pressure regulating), van điều chỉnh lưu lượng (Flow control) Cho phép mô bể chứa nước có nhiều hình dạng khác (đường kính thay đổi theo chiều cao) Tính đến biến đổi nhu cầu nước nút, nút có biểu đồ dùng nước riêng Mơ hình hố lưu lượng dịng chảy phụ thuộc áp suất từ nút theo kiểu vịi phun (Sprinkler heads) Có thể cho hệ thống làm việc mực nước bể ứng với trường hợp: không biến đổi (Simple tank), thay đổi theo thời gian (Timer controls), điều khiển theo quy tắc phức tạp (Complex rule-based controls) 1.3 Khả mô chất lượng nước (Water Quality Modeling Capabilities) Ngồi việc mơ hình hố thuỷ lực, EPANET cho phép mơ hình hố chất lượng nước với khả sau: - Mơ hình hố chuyển động chất không phản ứng mạng Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET Mơ hình hố chuyển động biến đổi chất có phản ứng mạng gia tăng (ví dụ sản phẩm khử trùng) suy giảm (như dư lượng Clo) theo thời gian - Mơ hình hố thời gian lưu nước khắp mạng Theo dõi phần trăm lưu lượng nước từ nút cho trước đến nút khác theo thời gian Mơ hình hố phản ứng dịng chảy (Bulk Flow) lẫn thành ống (Pipe Wall) - Sử dụng động học bậc 'n' để mơ hình hố phản ứng dòng chảy - Sử dụng động học bậc '0' bậc để mơ hình hố phản ứng thành ống ống Kể đến việc cản trở vận chuyển nước mơ hình hố phản ứng thành - Cho phép phản ứng gia tăng suy giảm đến nồng độ giới hạn Sử dụng hệ số mức phả`n ứng chung, nhiên thay đổi riêng cho đoạn ống - Cho phép hệ số phản ứng thành ống liên hệ với độ nhám ống Cho phép nồng độ khối lượng vật chất biến đổi theo thời gian đưa vào vị trí mạng - Mơ hình hố bể chứa bể phản ứng với kiểu trộn khác Với đặc điểm vậy, EPANET xem xét vấn đề chất lượng nước như: - Sự pha trộn nước từ nguồn khác nhau; - Thời gian lưu nước hệ thống; - Sự suy giảm dư lượng Clo; - Sự gia tăng sản phẩm khử trùng; - Theo dõi lan truyền chất ô nhiễm 1.4 Các bước sử dụng EPANET (Steps in Using EPANET) Việc áp dụng chương trình EPANET để mô hệ thống cấp nước thực theo bước đây: 1) Vẽ sơ đồ biểu diễn mạng cấp nước (Adding Objects) 2) Biên tập thuộc tính đối tượng mạng (Editing Objects) 3) Mô tả hệ thống làm việc nào: đường quan hệ (Curves), mẫu hình thời gian (Time Patterns), lệnh điều khiển (Controls) 4) Chọn chức phân tích (Setting Analysis Options) để đặt thuộc tính cho đối tượng mặt: thuỷ lực, chất lượng, phản ứng, thời gian, lượng, 5) Chạy chương trình để phân tích thuỷ lực chất lượng nước (Running an Analysis) 6) Xem kết (Viewing Results) Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET CHƯƠNG HƯỚNG DẪN NHANH CÁCH SỬ DỤNG EPANET 2.1 Mạng lưới ví dụ (Example Network) Trong chương giới thiệu ví dụ mạng lưới phân phối nước đơn giản thể hình vẽ 2.1 Mạng bao gồm: bể chứa nguồn (chẳng hạn bể chứa nước trạm xử lý), từ nước bơm vào mạng lưới đường ống có hai vịng Ngồi cịn có thêm đường ống dẫn tới đài chứa lên hệ thống Các nhãn (ID labels) cho thành phần khác biểu diễn hình vẽ Các thuộc tính nút mạng lưới thể bảng 2.1 Các thuộc tính ống liệt kê bảng 2.2 Máy bơm (9) tạo cột nước 46 m với lưu lượng 38 l/s, đài nước (nút 8) có đường kính 12 m, mức nước nhỏ 1,0 m, mức nước tối đa 6,0 m, mức nước ban đầu 1,2 m Hình 2.1 Ví dụ mạng lưới đường ống Bảng 2.1 Ví dụ thuộc tính nút mạng lưới Nút Độ cao (m) Nhu cầu (l/s) 210 210 220 210 200 13 210 210 250 Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET Bảng 2.1 Ví dụ thuộc tính đường ống mạng lưới Ống Chiều dài (m) Đường kính (mm) Hệ số nhám n 900 350 0,014 1500 300 0,014 1500 200 0,014 1500 200 0,014 1500 200 0,014 2100 250 0,014 1500 150 0,014 2100 150 0,014 2.2 Thiết lập vẽ (Project Setup) Trước hết, nhiệm vụ tạo vẽ hệ thống (Project) EPANET Để bắt đầu, mở EPANET, EPANET khởi động chọn File >> New (từ menu) để tạo project Tiếp theo chọn Project >> Defaults để mở hộp thoại mà dạng hộp thể hình 2.2 Chúng ta sử dụng hộp thoại EPANET tự động gán nhãn cho đối tượng với cách đánh số liên tiếp số từ cộng thêm chúng thêm vào mạng lưới Trên trang ID Labels hộp thoại xoá hết nội dung cột ID Prefix đặt bước tăng ID (ID Increment) (hình 2.2) Hình 2.2 Hộp thoại Project Defaults Sau chọn trang Hydraulics hộp thoại chọn đơn vị đo lưu lượng (Flow Units) LPS (liters per second, l/s) Khi đó, hệ đơn vị SI sử dụng cho tất đại lượng (chiều dài mét, đường kính ống mili-mét, áp suất mét Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET cột nước, v.v ) Cũng chọn công thức Chezy-Manning công thức tính tổn thất cột nước ống (hình 2) Nếu muốn giữ lựa chọn cho tất projects tương lai, bạn đánh dấu vào hộp Save đáy hộp thoại trước chấp nhận việc nhấn nút OK Tiếp theo chọn vài chức hiển thị sơ đồ mạng lưới để thêm đối tượng lên sơ đồ, thấy nhãn ký hiệu chúng hiển thị Chọn View >> Options để hiển thị hộp thoại Map Options Chọn trang Notation hộp thoại đánh dấu cài đặt (thể hình 2.3 đây) Sau chuyển sang trang Symbols đánh dấu cho tất hộp Nhấp nút OK để chấp nhận lựa chọn đóng hộp thoại lại Cuối cùng, trước vẽ mạng lưới, phải đảm bảo cài đặt tỉ lệ đồ chấp nhận Chọn View >> Dimensions để làm hộp thoại Map Dimensions Chú ý kích thước mặc định định cho project Những cài đặt đủ để đáp ứng cho thí dụ Sau nhấp nút OK Hình 2.3 Hộp thoại Map Options 2.3 Vẽ mạng lưới cấp nước (Drawing the Network) Sử dụng chuột nút nằm công cụ đồ (Map Toolbar) thể hình (Nếu khơng nhìn thấy cơng cụ chọn View >> Toolbars >> Map) Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET Trước hết vẽ bể chứa Nhấp nút Reservoir Tiếp theo nhấp chuột đồ vị trí bể chứa (vị trí bên trái đồ) Sau thêm vào mối nối Nhấp nút Junction vị trí nút từ nút đến nút sau nhấp vào đồ Cuối thêm đài nước cách nhấp nút Tank nhấp vào đồ nơi đặt đài nước Đến sơ đồ mạng phải có dạng giống vẽ hình 2.4 Hình 2.4 Bản đồ mạng lưới sau nhập nút Sau nhập thêm đường ống vào Hãy ống 1, nối nút tới nút Nhấp nút Pipe Toolbar Nhấp chuột vào nút đồ sau đến nút Lặp lại cách vẽ cho ống từ tới Ống có hình đường cong Muốn vẽ nhấp chuột vào nút Sau q trình di chuyển chuột tới nút nhấp chuột điểm mà cần có đổi hướng để tạo hình dạng đường cong mong muốn Kết thúc trình vẽ việc nhấp vào nút Cuối thêm máy bơm vào Nhấp nút Pump nút , nhấp vào nút sau Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET Tiếp theo tạo nhãn cho bể chứa, máy bơm, đài nước Hãy chọn nút Text nhấp vào nơi cạnh bể chứa (nút 1) Một hộp điều chỉnh xuất hiện, Hãy gõ vào từ BỂ sau gõ Enter Nhấp bên cạnh máy bơm nhập nhãn vào (BƠM), làm tương tự cho đài nước (ĐÀI) Sau nhấp nút Selection Toolbar để đưa đồ vào chế độ Object Selection thay chế độ Text Insertion Đến hoàn thành việc vẽ mạng lưới Mạng lưới bạn phải giống đồ hình 1.1 Nếu nút nằm sai vị trí bạn di chuyển chúng cách nhấp vào nút đó, giữ chuột trái kéo tới vị trí Chú ý quan sát xem ống nối di chuyển với nút Các nhãn thay đổi vị trí theo cách tương tự Muốn tạo lại dáng đường cong ống làm sau: 1) Trước hết nhấp lên ống để chọn sau nhấp nút đưa đồ vào chế độ Vertex Selection Toolbar để 2) Chọn đỉnh (Vertex) ống cách nhấp lên nó, giữ nút trái chuột sau kéo tới vị trí thả nút trái chuột 3) Nếu cần, thêm xố bớt đỉnh tuyến ống cách nhấp nút phải chuột chọn chức thích ứng menu xuất hình 4) Khi kết thúc, nhấp vào để trở lại chế độ Object Selection 2.4 Định thuộc tính đối tượng (Setting Object Properties) Khi đối tượng thêm vào Project, chúng gán tập hợp thuộc tính mặc định Muốn thay đổi thiết lập thuộc tính cụ thể phải chọn đối tượng vào Property Editor (hình 2.5) Có số cách khác để làm việc Nếu hộp thoại Editor nhìn thấy bạn làm cho (Property Editor) xuất thao tác sau: 1) Nhấp đúp vào đối tượng đồ 2) Nhấp nút phải chuột lên đối tượng chọn Properties từ cửa sổ xuất hình 3) Chọn đối tượng từ trang Data cửa sổ Browser nhấp nút Browser’s Edit Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET Mỗi Property Editor có sáng lên, bạn nhấn phím F1 để có hướng dẫn đầy đủ thuộc tính liệt kê Hình 2.5 Property Editor Chúng ta bắt đầu soạn thảo thuộc tính cách chọn nút vào Property Editor cách nói Bây nhập cao độ nhu cầu nước cho nút thích hợp Bạn dùng phím mũi tên Up Down bàn phím hay chuột để di chuyển ô Chúng ta cần nhấp lên đối tượng khác (nút hay đường nối) để làm cho thuộc tính tiếp tục xuất Property Editor Chúng ta nhấn phím Page Down hay Page Up để di chuyển tới đối tượng hay đối tượng trước với loại số liệu Như cần di chuyển từ đối tượng sang đối tượng khác điền cao độ lưu lượng yêu cầu cho nút, chiều dài, đường kính độ nhám cho đường nối, Đối với bể chứa, nhập cao độ (210) ô tổng cột áp (Total Head) Đối với đài nước; nhập 250 cho cao độ nó; nhập 1,2 cho mức nước ban đầu; nhập 6,0 cho mức nước lớn 12 cho đường kính Đối với máy bơm, cần phải gán cho đường cong (quan hệ cột nước lưu lượng) Nhập nhãn ID ô Pump Curve Tiếp theo tạo Pump Curve Từ trang Data cửa sổ Browser, chọn Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET Curves từ hộp danh sách thả xuống sau nhấp nút Add Một đường cong thêm vào sở liệu hộp thoại Curve Editor xuất (hình 2.6) Nhập cột nước thiết kế máy bơm (46 m) lưu lượng thiết kế (38 l/s) vào biểu EPANET tự động tạo đường đặc tính máy bơm hồn chỉnh từ điểm Phương trình đường cong biểu diễn với dạng Nhấp OK để đóng Editor Hình 2.6 Curve Editor 2.5 Lưu mở vẽ (Saving and Opening Projects) Sau hoàn thành thiết kế ban đầu mạng lưới, cần phải lưu lại công việc vào file 1) Từ menu File chọn Save as 2) Từ hộp thoại Save as chọn thư mục tên file cần lưu Project vào Phần mở rộng net thêm vào tên file cách mặc định ta không cung cấp 3) Nhấp OK để lưu Project vào file Các liệu Project đưa vào file dạng nhị phân Nếu bạn muốn lưu liệu vào tập tin dạng văn đọc được, dùng lệnh File >> Export >> Network Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET Muốn mở Project, chọn lệnh Open từ menu File 2.6 Chạy mơ hình mơ thời đoạn (Running a Single Period Analysis) Bây có đủ thơng tin để chạy mơ hình phân tích thuỷ lực thời đoạn mạng lưới ví dụ nêu Để chạy mơ hình chọn Project >> Run Analysis nhấp nút Run từ công cụ (Standard Toolbar) (Nếu Toolbar chưa nhìn thấy chọn View >> Toolbars >> Standard từ Menu) Nếu chương trình khơng chạy cửa sổ Status Report xuất cho biết có vấn đề (lỗi) Nếu chạy thành cơng bạn xem kết theo nhiều cách Hãy chọn số thao tác sau: 1) Chọn Node Pressure từ trang Browser’s Map quan sát giá trị áp suất nút mã màu (color-coded) Muốn xem lời giải cho mã màu này, chọn View >> Legends >> Node (hoặc nhấp nút phải chuột lên phần trống đồ chọn Node Legends từ cửa sổ ra) Để chọn khoảng màu lời giải, nhấp nút phải chuột lên lời giải để làm cho Legends Editor xuất 2) Lôi hộp thoại Property Editor (nhấp đúp nút hay đường nối nào) nhìn nhận kết tính tốn cuối (màu vàng sáng) danh sách thuộc tính 3) Tạo danh sách kết bảng biểu cách chọn Report >> Table (hay cách nhấp nút Table Standard Toolbar Hình 2.7 hiển thị bảng cho kết tính tốn cho đường nối lần chạy Lưu ý lưu lượng có dấu âm có nghĩa lưu lượng chảy ngược hướng với hướng vẽ đoạn ống lúc đầu Đào Duy Khơi Bài giảng phân tích mạng lưới cấp nước chương trình EPANET 10