Huong Dan Thuc Hanh Epanet.pdf

Chủ đề 1 Đánh giá nguồn nước Chương 2 HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH NHANH EPANET Chương này hướng dẫn cách sử dụng nhanh chương trình EPANET 2 0 để thực hiện phép phân tích thuỷ lực và phân tích chất lượng nước[.]

Chương 2

HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH NHANH EPANET

Chương này hướng dẫn cách sử dụng nhanh chương trình EPANET 2.0 để thực hiện phép phân tích thuỷ lực và phân tích chất lượng nước trong một mạng lưới cấp nước

2.1 Mạng lưới ví dụ (Example Network)

Trong chương này giới thiệu một ví dụ mạng lưới phân phối nước đơn giản thể hiện như hình vẽ 2.1 Mạng này bao gồm: bể chứa nguồn (chẳng hạn là bể chứa nước sạch của trạm xử lý), từ đó nước được bơm vào mạng lưới đường ống có hai vòng Ngoài ra còn có thêm một đường ống dẫn tới một đài chứa nổi lên trên hệ thống Các nhãn nhận dạng (ID labels) cho các thành phần khác nhau được biểu diễn trên hình vẽ Các thuộc tính nút của mạng lưới được thể hiện trong bảng 2.1 Các thuộc tính của ống được liệt

kê trong bảng 2.2 Máy bơm (9) có thể tạo ra một cột nước 46 m với lưu lượng 38 l/s,

và đài nước (nút 8) có đường kính 12 m, mức nước nhỏ nhất 1,0 m, và mức nước tối

đa 6,0 m, mức nước ban đầu là 1,2 m

Hình 2.1 Ví dụ về một mạng lưới đường ống

Bảng 2.1 Ví dụ các thuộc tính nút của mạng lưới

bản (l/s)

Bảng 2.2 Ví dụ các thuộc tính đường ống của mạng lưới Ống Chiều dài (m) Đường kính (mm) Hệ số nhám n

2.2 Thiết lập bản vẽ (Project Setup)

Trước hết, nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là tạo ra một bản vẽ hệ thống (Project) mới trên EPANET và chắc chắn rằng một sự mặc định nhất định đã được lựa chọn Để bắt

đầu, mở EPANET, hoặc nếu EPANET đã khởi động rồi thì chọn File >> New (từ thanh menu) để tạo ra một project mới Tiếp theo chọn Project >> Defaults để mở

hộp thoại mà dạng của hộp được thể hiện ở hình 2.2 Chúng ta sẽ sử dụng hộp thoại này để cho EPANET tự động gán nhãn cho các đối tượng mới với cách đánh số liên tiếp bắt đầu từ số 1 và cộng thêm 1 mỗi khi chúng được thêm vào mạng lưới Trên trang ID Labels của hộp thoại xoá hết các nội dung trong cột ID Prefix và đặt bước tăng ID (ID Increment) bằng 1 (hình 2.2) Rồi chọn trang Hydraulics của hộp thoại và chọn đơn vị đo lưu lượng (Flow Units) là LPS (liters per second, l/s) Điều này ngụ ý

rằng hệ đơn vị SI sẽ được sử dụng cho tất cả các đại lượng (chiều dài bằng mét, đường kính ống bằng mili-mét, áp suất bằng mét cột nước, v.v ) Cũng chọn công thức Chezy-Manning như là công thức tính tổn thất cột nước trong ống (hình 2.2)

Nếu muốn giữ các lựa chọn này cho tất cả các projects mới trong tương lai, bạn có thể

đánh dấu vào hộp Save ở dưới đáy hộp thoại trước khi chấp nhận nó bằng việc nhấn nút OK

Hình 2.2 Hộp thoại Project Defaults

Tiếp theo chúng ta sẽ chọn vài chức năng hiển thị sơ đồ mạng lưới để khi thêm các đối

tượng lên sơ đồ, chúng ta sẽ thấy nhãn và ký hiệu của chúng được hiển thị Chọn View

>> Options để hiển thị hộp thoại Map Options Chọn trang Notation ở hộp thoại và

đánh dấu các cài đặt (thể hiện ở hình 2.3 dưới đây) Sau đó chuyển sang trang Symbols

và đánh dấu cho tất cả các hộp Nhấp nút OK để chấp nhận những lựa chọn này và

đóng hộp thoại lại

Cuối cùng, trước khi vẽ mạng lưới, phải đảm bảo rằng các cài đặt tỷ lệ bản đồ của

chúng ta là đã được chấp nhận Chọn View >> Dimensions để làm hiện ra hộp thoại

Map Dimensions Chú ý rằng các kích thước mặc định này sẽ được chỉ định cho

project mới Những cài đặt này đủ để đáp ứng cho thí dụ ở đây Sau đó nhấp nút OK

Hình 2.3 Hộp thoại Map Options

2.3 Vẽ mạng lưới cấp nước (Drawing the Network)

Sử dụng chuột và các nút nằm trên thanh công cụ bản đồ (Map Toolbar) được thể hình

dưới đây Nếu không nhìn thấy thanh công cụ này thì chọn View >> Toolbars >> Map

Trước hết chúng ta vẽ bể chứa Nhấp nút Reservoir Tiếp theo nhấp chuột trên bản

đồ tại vị trí của bể chứa (vị trí nào đó bên trái của bản đồ)

Sau đó thêm vào các mối nối Nhấp nút Junction và sau đó nhấp vào bản đồ tại các

vị trí của các nút từ nút 2 đến nút 7

Cuối cùng thêm đài nước bằng cách nhấp nút Tank và nhấp vào bản đồ nơi đặt đài nước Đến đây sơ đồ mạng phải sẽ có dạng giống như bản vẽ trong hình 2.4

Hình 2.4 Bản đồ mạng lưới sau khi nhập các nút

Sau đó chúng ta nhập thêm các đường ống vào Hãy bắt đầu từ ống 1, nối nút 2 tới nút

3 Nhấp nút Pipe trên Toolbar Nhấp chuột vào nút 2 trên bản đồ và sau đó đến nút

3 Lặp lại cách vẽ này cho các ống từ 2 tới 7

Ống 8 có hình đường cong Muốn vẽ nó nhấp chuột vào nút 5 Sau đó trong quá trình

di chuyển chuột tới nút 6 hãy nhấp chuột tại những điểm mà ở đó cần có sự đổi hướng

để tạo ra hình dạng đường cong mong muốn Kết thúc quá trình vẽ bằng việc nhấp chuột vào nút 6

Cuối cùng thêm máy bơm vào Nhấp nút Pump , rồi nhấp chuột vào nút 1 và sau đó

là nút 2

Tiếp theo chúng ta sẽ tạo nhãn cho bể chứa, máy bơm, và đài nước Hãy chọn nút Text

và nhấp vào một nơi nào đó cạnh bể chứa (nút 1), một hộp điều chỉnh sẽ xuất hiện Hãy gõ vào từ BỂ và sau đó gõ Enter Nhấp bên cạnh máy bơm và nhập nhãn của nó vào (BƠM), rồi làm tương tự cho đài nước (ĐÀI) Sau đó nhấp nút Selection trên Toolbar để đưa bản đồ vào chế độ Object Selection thay vì chế độ Text Insertion Đến đây chúng ta đã hoàn thành việc vẽ mạng lưới Mạng lưới của bạn phải giống như bản đồ ở hình 1.1 Nếu các nút nằm sai vị trí bạn có thể di chuyển chúng bằng cách nhấp vào nút đó, giữ chuột trái và kéo nó tới vị trí mới Chú ý quan sát xem các ống nối được di chuyển cùng với nút như thế nào Các nhãn cũng có thể thay đổi vị trí theo cách tương tự Muốn tạo lại dáng đường cong của ống 8 thì làm như sau:

1) Trước hết nhấp lên ống 8 để chọn nó và sau đó nhấp nút trên Toolbar để đưa bản đồ vào chế độ Vertex Selection

2) Chọn một đỉnh (Vertex) trên ống bằng cách nhấp lên nó, giữ nút trái chuột và sau kéo nó tới một vị trí mới rồi thả nút trái chuột ra

3) Nếu cần, có thể thêm hoặc xoá bớt đỉnh của tuyến ống bằng cách nhấp nút phải chuột và chọn chức năng thích ứng trên menu xuất hiện trên màn hình

4) Khi kết thúc, nhấp vào để trở lại chế độ Object Selection

2.4 Định các thuộc tính của đối tượng (Setting Object Properties)

Khi các đối tượng được thêm vào một Project, chúng được gán bởi một tập hợp các thuộc tính mặc định Muốn thay đổi thiết lập của một thuộc tính cụ thể chúng ta phải chọn đối tượng vào Property Editor (hình 2.5) Có một số cách khác nhau để làm việc này Nếu hộp thoại Editor đã nhìn thấy thì bạn có thể làm cho nó (Property Editor) xuất hiện bằng một trong những thao tác sau:

1) Nhấp đúp vào đối tượng trên bản đồ

2) Nhấp nút phải chuột lên đối tượng và chọn Properties từ cửa sổ xuất hiện trên

màn hình

3) Chọn đối tượng từ trang Data của cửa sổ Browser rồi nhấp nút Browser’s Edit

Mỗi khi trong Property Editor có ô sáng lên, bạn có thể nhấn phím F1 để có được những hướng dẫn đầy đủ hơn về những thuộc tính được liệt kê

Hình 2.5 Property Editor

Chúng ta hãy bắt đầu soạn thảo các thuộc tính bằng cách chọn nút 2 vào Property Editor như cách đã nói ở trên Nhập cao độ và lưu lượng yêu cầu cho nút này trong các

ô thích hợp Bạn có thể dùng các phím mũi tên Up và Down trên bàn phím hay con chuột để di chuyển giữa các ô này Chúng ta chỉ cần nhấp lên một đối tượng khác (nút hay đường nối) để làm cho các thuộc tính của nó tiếp tục xuất hiện trong Property

Editor Cũng có thể nhấn phím Page Down hay Page Up để di chuyển tới đối tượng

tiếp theo hay đối tượng trước với cùng một loại số liệu Như vậy chỉ cần di chuyển từ đối tượng này sang đối tượng khác và điền cao độ và lưu lượng yêu cầu cho các nút,

chiều dài, đường kính và độ nhám cho các đường nối,

Đối với bể chứa, nhập cao độ của nó (210) trong ô tổng cột áp (Total Head) Đối với đài nước; nhập 250 cho cao độ của nó; nhập 1,2 cho mức nước ban đầu; nhập 6,0 cho mức nước lớn nhất và 12 cho đường kính của nó Đối với máy bơm, chúng ta cần phải gán cho nó một đường cong (quan hệ giữa cột nước và lưu lượng) Nhập nhãn ID 1 trong ô Pump Curve

Tiếp theo chúng ta sẽ tạo ra Pump Curve 1 Từ trang Data của cửa sổ Browser, chọn Curves từ hộp danh sách thả xuống và sau đó nhấp nút Add Một đường cong 1 sẽ được thêm vào cơ sở dữ liệu và hộp thoại Curve Editor sẽ xuất hiện (hình 2.6) Nhập cột nước thiết kế máy bơm (46 m) và lưu lượng thiết kế (38 l/s) vào biểu này EPANET sẽ tự động tạo ra đường đặc tính máy bơm hoàn chỉnh từ 1 điểm duy nhất

này Phương trình của đường cong được biểu diễn với dạng của nó Nhấp OK để đóng

Editor

Hình 2.6 Curve Editor

2.5 Lưu và mở bản vẽ (Saving and Opening Projects)

Sau khi đã hoàn thành thiết kế ban đầu của mạng lưới, cần phải lưu lại công việc của chúng ta vào một file

1) Từ menu File chọn Save as

2) Từ hộp thoại Save as chọn thư mục và tên file cần lưu Project vào đó Phần mở rộng ".NET" sẽ được thêm vào tên của file một cách mặc định nếu ta không cung cấp

3) Nhấp OK để lưu Project này vào file

Các dữ liệu của Project được đưa vào file dưới dạng nhị phân Nếu bạn muốn lưu dữ

liệu vào tập tin dưới dạng văn bản có thể đọc được, hãy dùng lệnh File >> Export >> Network

Muốn mở Project, chúng ta chọn lệnh Open từ menu File

2.6 Chạy mô hình mô phỏng một thời đoạn (Running a Single Period Analysis)

Bây giờ chúng ta có đủ thông tin để chạy một mô hình phân tích thuỷ lực một thời

đoạn trên mạng lưới ví dụ nêu trên Để chạy mô hình chọn Project >> Run Analysis

hoặc nhấp nút Run từ thanh công cụ (Standard Toolbar) (Nếu Toolbar chưa nhìn

thấy thì hãy chọn View >> Toolbars >> Standard từ thanh Menu)

Nếu chương trình không chạy được thì một cửa sổ Status Report sẽ xuất hiện ra và cho biết có vấn đề (lỗi) gì Nếu chạy thành công thì bạn có thể xem kết quả theo nhiều cách Hãy chọn một số trong những thao tác sau:

1) Chọn Node Pressure từ trang Browser’s Map và quan sát giá trị áp suất ở các nút được mã màu (color-coded) như thế nào Muốn xem lời chú giải cho sự mã

màu này, hãy chọn View >> Legends >> Node (hoặc nhấp nút phải chuột lên

phần trống của bản đồ và chọn Node Legends từ cửa sổ hiện ra) Để chọn khoảng màu của lời chú giải, nhấp nút phải chuột lên lời chú giải để làm cho Legends Editor xuất hiện

2) Lôi hộp thoại Property Editor ra (nhấp đúp và bất kỳ nút hay đường nối nào) và nhìn nhận kết quả tính toán được hiện trên các ô cuối (màu vàng sáng) của danh sách các ô thuộc tính

3) Tạo ra một danh sách kết quả bằng bảng biểu bằng cách chọn Report >> Table

(hay bằng cách nhấp nút Table trên Standard Toolbar Hình 2.7 hiển thị một bảng như vậy cho các kết quả tính toán cho các đường nối trong lần chạy này Lưu ý rằng các lưu lượng có dấu âm có nghĩa là lưu lượng chảy ngược hướng với hướng vẽ đoạn ống lúc đầu

Hình 2.7 Ví dụ các kết quả tính toán cho các đường nối

2.7 Chạy mô hình mô phỏng thời gian dài (Running an Extended Period Analysis)

Để cho mạng lưới của chúng ta có tính thực tế hơn cho việc phân tích theo thời gian hoạt động dài, chúng ta sẽ tạo ra một mẫu hình thời gian (Time Pattern) làm cho các lưu lượng yêu cầu tại các nút thay đổi một cách có chu kỳ trong mỗi ngày Đối với ví

dụ đơn giản này chúng ta sẽ sử dụng một mẫu hình thời gian có độ dài mỗi thời đoạn (bước thời gian) là 6 giờ, như vậy lưu lượng yêu cầu thay đổi 4 lần trong một ngày (Bước thời gian 1 giờ là một con số điển hình hơn và là sự mặc định gắn cho Project mới) Chúng ta sắp xếp các bước thời gian bằng cách chọn Options-Times từ Data Browser, nhấp vào nút Browser’s Edit để làm cho Property Editor xuất hiện (nếu như chưa thấy trên màn hình) Và nhập 6 cho giá trị của bước thời gian (như thể hiện ở hình 2.8 dưới đây) Khi làm cho Time Options xuất hiện, chúng ta cũng có thể định khoảng thời gian mà chúng ta muốn kéo dài để chạy chương trình Chúng ta sử dụng khoảng thời gian 3 ngày (nhập 72 giờ cho thuộc tính Total Duration)

Hình 2.8 Tuỳ chọn thời gian (Time Options)

Để tạo ra mẫu hình, hãy chọn Patterns trong Browser sau đó nhấp nút Add Một mẫu hình mới 1 sẽ được tạo ra và hộp thoại Pattern Editor sẽ xuất hiện (xem hình 2.9) Nhập các giá trị nhân tử 0,5; 1,3; 1,0; 1,2 cho các khoảng thời gian từ 1 tới 4 sẽ tạo được một mẫu hình với thời gian kéo dài 24 tiếng Sử dụng các nhân tử này để thay đổi lưu lượng yêu cầu so với lưu lượng yêu cầu cơ bản trong từng thời đoạn Bởi vì chúng ta đang tạo ra thời gian chạy là 72 giờ nên mẫu hình sẽ quay lại điểm xuất phát sau mỗi khoảng thời gian 24 giờ

Hình 2.9 Pattern Editor

Bây giờ chúng ta phải gán mẫu hình 1 cho thuộc tính Demand Pattern (mẫu hình lưu lượng yêu cầu) của tất cả các nút trong mạng Chúng ta có thể sử dụng một trong các Hydraulic Options của EPANET để tránh việc phải soạn thảo cho các mối nối từng cái một Nếu bạn làm xuất hiện Hydraulic Options trong Property Editor bạn sẽ thấy có một mục gọi là Default Pattern Việc gán định giá trị của nó bằng 1 sẽ làm cho Demand Pattern tại mỗi mối nối bằng mẫu hình 1, một khi không có mẫu hình nào khác được gán cho mối nối này

Tiếp theo chạy phép phân tích (chọn Project >> Run Analysis hoặc nhấp nút trên thanh Standard Toolbar) Đối với phép phân tích theo thời gian dài bạn có một số cách nữa để xem kết quả:

Thanh cuộn trong các nút kiểm soát Time của Browser sẽ được sử dụng để hiển thị bản đồ mạng lưới tại những thời điểm khác nhau Hãy thực hiện việc này với áp suất (Pressure) được chọn là thông số của nút, và lưu lượng (Flow) là thông số của đường nối

Các nút theo kiểu VCR trong Browser có thể kích hoạt bản đồ theo thời gian Nhấp nút Forward (chạy tới) để để bắt đầu chạy hoạt ảnh và nút Stop để dừng lại

Hãy thêm các mũi tên hướng dòng chảy ở bản đồ (chọn View >> Options, chọn trang

Flow Arrows từ hộp thoại Map Options và đánh dấu (check) một kiểu mũi tên mà bạn muốn sử dụng) Sau đó bắt đầu chạy lại hoạt ảnh và chú ý sự thay đổi hướng dòng chảy theo thời gian của dòng chảy qua ống nối với đài nước khi đài nước tích nước và xả nước

Hãy tạo ra bản vẽ loạt thời gian cho bất kỳ một nút hay một đường nối nào Ví dụ muốn xem độ cao của nước trong đài thay đổi như thế nào theo thời gian thì:

1) Nhấp vào đài nước

2) Chọn Report >> Graph (hoặc nhấp nút Graph trên Standard Toolbar) sẽ hiển thị hộp thoại Graph Selection

3) Chọn nút Time Series (loạt thời gian) trên hộp thoại

4) Chọn Head (cột nước) như là thông số để vẽ

5) Nhấp OK để chấp nhận việc chọn đồ thị của bạn

Chú ý tính chu kỳ của đồ thị biểu thị độ cao của nước trong đài theo thời gian

Hình 2.10 Ví dụ về hình vẽ theo loạt thời gian

2.8 Chạy một phép phân tích chất lượng nước (Running a Water Quality Analysis)

Tiếp theo chúng ta sẽ thấy cách mở rộng phép phân tích mạng lưới ví dụ của chúng ta

để nó bao gồm cả việc phân tích chất lượng nước Trường hợp đơn giản nhất là theo