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 HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH NHANH EPANET Chương hướng dẫn cách sử dụng nhanh chương trình EPANET 2.0 để thực phép phân tích thuỷ lực phân tích chất lượng nước mạng lưới cấp nước 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 nhận dạng (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 Cao trình (m) 210 210 220 210 200 210 210 250 Lưu lượng yêu cầu (l/s) 0 9 13 0 Bảng 2.2 Ví dụ thuộc tính đường ống mạng lưới Ống Chiều dài (m) Đường kính (mm) Hệ số nhám n 900 1500 1500 1500 1500 2100 1500 2100 350 300 200 200 200 250 150 150 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 2.2 Thiết lập vẽ (Project Setup) Trước hết, nhiệm vụ tạo vẽ hệ thống (Project) EPANET chắn mặc định định lựa chọn 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 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) Rồi chọn trang Hydraulics hộp thoại chọn đơn vị đo lưu lượng (Flow Units) LPS (liters per second, l/s) Điều ngụ ý hệ đơn vị SI sử dụng cho tất đại lượng (chiều dài mét, đường kính ống mili-mét, áp suất mét cột nước, v.v ) Cũng chọn công thức Chezy-Manning cơng thức tính tổn thất cột nước ống (hình 2.2) 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 Hình 2.2 Hộp thoại Project Defaults 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 tỷ 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 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 chuột vào nút Cuối thêm máy bơm vào Nhấp nút Pump nút , nhấp chuột vào nút sau Tiếp theo tạo nhãn cho bể chứa, máy bơm, đài nước Hãy chọn nút Text nhấp vào nơi cạnh bể chứa (nút 1), hộp điều chỉnh xuất 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 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 Nhập cao độ lưu lượng yêu cầu 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 Cũng 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) 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 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 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 Hình 2.7 Ví dụ kết tính tốn cho đường nối 2.7 Chạy mơ hình mơ thời gian dài (Running an Extended Period Analysis) Để cho mạng lưới có tính thực tế cho việc phân tích theo thời gian hoạt động dài, tạo mẫu hình thời gian (Time Pattern) làm cho lưu lượng yêu cầu nút thay đổi cách có chu kỳ ngày Đối với ví dụ đơn giản sử dụng mẫu hình thời gian có độ dài thời đoạn (bước thời gian) giờ, lưu lượng yêu cầu thay đổi lần ngày (Bước thời gian số điển hình mặc định gắn cho Project mới) Chúng ta xếp bước thời gian cách chọn Options-Times từ Data Browser, nhấp vào nút Browser’s Edit để làm cho Property Editor xuất (nếu chưa thấy hình) Và nhập cho giá trị bước thời gian (như thể hình 2.8 đây) Khi làm cho Time Options xuất hiện, định khoảng thời gian mà muốn kéo dài để chạy chương trình Chúng ta sử dụng khoảng thời gian ngày (nhập 72 cho thuộc tính Total Duration) Hình 2.8 Tuỳ chọn thời gian (Time Options) Để tạo mẫu hình, chọn Patterns Browser sau nhấp nút Add Một mẫu hình tạo hộp thoại Pattern Editor xuất (xem hình 2.9) Nhập giá trị nhân tử 0,5; 1,3; 1,0; 1,2 cho khoảng thời gian từ tới tạo mẫu hình với thời gian kéo dài 24 tiếng Sử dụng nhân tử để thay đổi lưu lượng yêu cầu so với lưu lượng yêu cầu thời đoạn Bởi tạo thời gian chạy 72 nên mẫu hình quay lại điểm xuất phát sau khoảng thời gian 24 Hình 2.9 Pattern Editor Bây phải gán mẫu hình cho thuộc tính Demand Pattern (mẫu hình lưu lượng yêu cầu) tất nút mạng Chúng ta sử dụng Hydraulic Options EPANET để tránh việc phải soạn thảo cho mối nối Nếu bạn làm xuất Hydraulic Options Property Editor bạn thấy có mục gọi Default Pattern Việc gán định giá trị làm cho Demand Pattern mối nối mẫu hình 1, khơng có mẫu hình khác gán cho mối nối Tiếp theo chạy phép phân tích (chọn Project >> Run Analysis nhấp nút Standard Toolbar) Đối với phép phân tích theo thời gian dài bạn có số cách để xem kết quả: Thanh cuộn nút kiểm soát Time Browser sử dụng để hiển thị đồ mạng lưới thời điểm khác Hãy thực việc với áp suất (Pressure) chọn thông số nút, lưu lượng (Flow) thông số đường nối Các nút theo kiểu VCR Browser kích hoạt đồ theo thời gian Nhấp nút Forward (chạy tới) để để bắt đầu chạy hoạt ảnh nút Stop để dừng lại Hãy thêm mũi tên hướng dòng chảy đồ (chọn View >> Options, chọn trang Flow Arrows từ hộp thoại Map Options đánh dấu (check) kiểu mũi tên mà bạn muốn sử dụng) Sau bắt đầu chạy lại hoạt ảnh ý thay đổi hướng dòng chảy theo thời gian dòng chảy qua ống nối với đài nước đài nước tích nước xả nước Hãy tạo vẽ loạt thời gian cho nút hay đường nối Ví dụ muốn xem độ cao nước đài thay đổi theo thời gian thì: 1) Nhấp vào đài nước 2) Chọn Report >> Graph (hoặc nhấp nút Graph hiển thị hộp thoại Graph Selection Standard Toolbar) 3) Chọn nút Time Series (loạt thời gian) hộp thoại 4) Chọn Head (cột nước) thông số để vẽ 5) Nhấp OK để chấp nhận việc chọn đồ thị bạn Chú ý tính chu kỳ đồ thị biểu thị độ cao nước đài theo thời gian Hình 2.10 Ví dụ hình vẽ theo loạt thời gian 2.8 Chạy phép phân tích chất lượng nước (Running a Water Quality Analysis) Tiếp theo thấy cách mở rộng phép phân tích mạng lưới ví dụ để bao gồm việc phân tích chất lượng nước Trường hợp đơn giản theo dõi phát triển tuổi nước (Age), gọi thời gian lưu nước, toàn mạng lưới theo thời gian Để thực việc phân tích cần chọn Age cho thuộc tính Parameter Quality Options (chọn Options-Quality từ trang Data Browser, nhấp nút Browser's Edit để làm cho Property Editor xuất hiện) Hãy chạy phép phân tích chọn Age thơng số để xem đồ Hãy tạo vẽ loạt thời gian cho Age đài nước Lưu ý không giống mực nước, 72 không đủ thời gian để thời gian lưu nước đài đạt tới quan hệ chu kỳ (Điều kiện ban đầu mặc định bắt đầu tất nút với thời gian lưu nước 0) Hãy thử lặp lại mô với việc sử dụng khoảng thời gian 240 gán 60 cho tuổi nước ban đầu đài Cuối cùng, mô vận chuyển phân rã Clo qua mạng lưới Hãy thực thay đổi sau cho sở liệu: 1) Từ Data Browser chọn Options-Quality để soạn thảo Nhấn nút Edit để hộp thoại Quanlity Option Trong ô Parameter gõ vào từ "Clo" 2) Chuyển sang Options-Reactions Browser Với Global Bulk Coefficient nhập giá trị -1,0 Điều phản ánh tốc độ mà Clo phân rã phản ứng khối dòng theo thời gian Tốc độ áp dụng cho tất ống mạng lưới Bạn sửa trị số cho ống riêng rẽ bạn cần 3) Hãy nhấp vào bể nước ấn định Initial Quality 1,0 Đây nồng độ Clo liên tục vào mạng lưới (Hãy ấn định chất lượng ban đầu đài bạn thay đổi nó.) Bây chạy ví dụ Sử dụng kiểm tra thời gian Map Browser để xem mức Clo thay đổi theo vị trí thời gian tồn mơ Lưu ý rằng, mạng lưới đơn giản này, có mối nối 5, nhìn thấy mức Clo bị giảm xuống cung cấp nước Clo nồng độ thấp từ đài nước Hãy tạo báo cáo phản ứng (reaction report) cho lần chạy cách chọn Report >> Reaction từ menu Báo cáo trơng giống hình 2.11 Nó cho thấy, trung bình lượng Clo thất xảy đường ống đối diện với đài Thuật ngữ "khối" phản ứng xảy khối dòng chảy chất lỏng, "thành" phản ứng với vật liệu thành ống Phản ứng sau khơng định rõ hệ số phản ứng thành ví dụ Hình 2.11 Ví dụ báo cáo phản ứng (Reaction Report) Chúng ta chạm vào bề mặt nhiều khả khác mà EPANET cung cấp Một số điều đặc trưng chương trình EPANET mà bạn phải tiếp tục tìm hiểu nghiên cứu là: - Sửa đổi thuộc tính cho nhóm đối tượng nằm bên vùng xác định người sử dụng - Sử dụng câu lệnh điều khiển để bố trí vận hành máy bơm ngày mức nước đài - Khảo sát chức đồ khác nhau, chẳng hạn làm cho kích cỡ nút liên quan tới giá trị - Gắn đồ (backdrop), chẳng hạn đồ đường phố vào đồ mạng lưới - Tạo nhiều loại biểu đồ khác nhau, chẳng hạn vẽ mặt cắt vẽ đường đồng mức - Thêm số liệu kiểm nghiệm vào Project xem báo cáo kiểm nghiệm - Copy đồ, biểu đồ, hay báo cáo vào clipboard vào file - Lưu lấy lại kịch thiết kế (có nghĩa lưu lượng yêu cầu nút tại, giá trị độ nhám ống, v.v )