HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM WATERCAD

www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 1 Mục lục Chương 1 Tổng Quan Về WaterCAD V8i 5 Chương trình chạy độc lập hoặc chạy trên nền AutoCAD. 5 Xây dựng mạng lưới năng động 5 Mô phỏng chất lượng nước 5 Phân tích lưu lượng nước chữa cháy 5 Tiêu chí phân tích và vận hành mạng lưới 5 Quản lý so sánh giữa các kịch bản mô hình. 6 Sự tương thích về giao diện làm và hiệu chỉnh các đối tượng mạng lưới 6 Phân tích thủy lực, vận hành và chất lượng nước 6 Xây dựng mô hình và liên kết dữ liệu 7 Mô hình quản lý 7 Trình bày kết quả 7 Tối ưu hóa mạng lưới cấp nước – sử dụng thuật toán di truyền 7 Quản lý chi phí năng lượng và quản lý vốn 7 Chương 2 Xây Dựng Nhanh Mạng Lưới Cấp Nước 8 Xây dựng mạng lưới và phân tích mạng lưới cấp nước tại một thời điểm – bài 1 8 Bước 1: Tạo một dự án mới 8 Bước 2: Xây dựng mạng lưới 9 Bước 3: Nhập và hiệu chỉnh dữ liệu cho mạng lưới 11 Bước 4: Nhập dữ liệu thông qua FlexTables 18 Bước 5: Chạy mô phỏng mạng lưới, mô phỏng dạng Steady-Sate Analysis 21 Mô phỏng mạng lưới cấp nước theo khoảng thời gian – bài 2 22 Bước 1: Khai báo hệ số nhu cầu dùng nước 22 Bước 2: Chạy mô phỏng thủy lực mạng lưới theo thời gian 29 Xây dựng kịch bản mạng lưới cấp nước – bài 3 30 Bước 1: Tạo một phương án mới 30 Bước 2: Tạo và chỉnh sửa kịch bản 33 Bước 3: Tính toán kịch bản 34 Bước 4: Tạo phương án kích thước mạng lưới. 35 www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 2 Lập báo cáo kết quả tính toán – bài 4 37 Report - Lập báo cáo 38 FlexTable – bảng thuộc tính các đối tượng 39 Sử dụng tính năng Global Edit và Filtering 40 Tạo bản in và xuất trắc dọc ống 44 Tạo đường đồng mức - Contour cho mạng lưới 45 Thể hiện nhãn cho các đối tượng mạng lưới 47 Phân tích lưu lượng chữa cháy – bài 5 48 Bước 1: khai báo lưu lượng nước chữa cháy 48 Bước 2: tính toán phân tích lưu lượng nước chữa cháy 51 Bước 3: Xem kết quả phân tích 53 Phân tích chất lượng nước – bài 6 54 Bước 1: Mở file đã có 54 Bước 2: Tính toán tuổi của nước 54 Bước 3: Phân tích Constituent Concentrations –hàm lượng Chlorine. 59 Tối ưu hóa mạng lưới ống cấp nước bằng thuật toán di truyền Darwin – bài 7 61 Bước 1: Mở file đã có 61 Bước 2: Tạo kịch bản tối ưu mạng lưới. 62 Chương 3 Lý Thuyết Mô Hình 66 Thủy lực mạng lưới ống có áp 66 Các thành phần mạng lưới cấp nước 66 Nguyên lý năng lượng 66 Phương trình năng lượng 67 Độ dốc thủy lực và năng lượng 68 Bảo toàn năng lượng và khối lượng 69 Thuật toán xác định độ dốc thủy lực ống –The Gradient Algorithm 71 Giải phương trình tuyến tính 73 Lý thuyết của bơm 73 Lý thuyết về Van điều khiển mạng lưới – Valve Theory 75 Tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ 76 Tổn thất dọc đường 76 Tổn thất cục bộ 80 www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 3 Hệ số sức kháng của ống 81 Mô hình chất lượng nước 83 Quá trình vận chuyển nước trong ống 83 Quá trình hòa trộn tại nút 83 Quá trình hòa trộn trong đài nước, bể chứa 84 Phương pháp luận của thuật toán di truyền học 85 Phương pháp luận định cỡ mô hình theo Darwin 85 Phương pháp luận thiết kế theo Darwin 85 Chương 4 Giải Thích Một Số Thuật Ngữ Tiếng Anh trong WaterCAD V8i 86 A 86 B 86 C 86 D 88 E 88 F 89 G 89 H 90 I 90 L 91 M 91 N 91 O 91 P 91 R 92 S 92 T 93 V 93 W 94 Tài Liệu Tham Khảo 95 Tài liệu trong nước 95 Tài liệu nước ngoài 95 www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 4 www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 5 Chương 1 Tổng Quan Về WaterCAD V8i WaterCAD V8i là phần mềm của hãng phần mềm nổi tiếng Bentley, ở Mỹ. WaterCAD là một chương trình được để dùng để mô phỏng thủy lực và chất lượng nước trong hệ mạng lưới phân phối nước. Hiện nay có nhiều công ty trong nước đã lựa chọn phần mềm này như một công cụ hỗ trợ đắc lực trong công tác quy hoạch và thiết kế mạng lưới cấp nước đô thị. Từ việc phân tích lưu lượng nước chữa cháy, nồng độ hóa chất đến chi phí năng lượng, quản lý chi phí, WaterCAD giúp người thiết kế có nhiều lựa chọn phương án trong quá trình phân tích, thiết kế, tối ưu hóa mạng lưới cấp nước. Chương trình chạy độc lập hoặc chạy trên nền AutoCAD. Ngoài khả năng chương trình có thể chạy độc lập, WaterCAD v8i còn có khả năng chạy trực tiếp trên giao diện của MicroStation hoặc AutoCAD. Sử dụng WaterCAD trên nền AutoCAD là một lợi thế, vì đa số các bản vẽ quy hoạch, hay thiết kế kỹ thuật đều được thực hiện bằng AutoCAD, và AutoCAD là phần mềm quen thuộc đối với các kỹ sư Việt Nam. Xây dựng mạng lưới năng động Sử dụng bộ công cụ LoadBuilder và Trex, WaterCAD cho phép nhập dữ liệu của mạng lưới như nhu cầu dùng nước, cao độ tại nút…, dựa trên cở sở file thông tin địa lý định dạng ở dạng Shapefiles, DEMs, kiểm tra lỗi trong quá trình xây dựng mạng lưới. Mô phỏng chất lượng nước Mô phỏng chất lượng nước là đặc tính cơ bản của WaterCAD, mô phỏng chất lượng nước bao gồm mô phỏng nồng độ hóa chất trong mạng lưới, tuổi của nước, hòa trộn hóa trong đài nước, bể chứa, mô phỏng các bất trắc về nồng độ hóa chất trong mạng lưới cấp nước, giúp đưa ra phương án cải thiện nồng độ hóa chất trong mạng lưới tốt nhất. Phân tích lưu lượng nước chữa cháy sử dụng tính năng này, giúp người thiết kế nhanh chóng xác định, và tính chính xác nhu cầu dành cho nước cháy, khả năng cung cấp nước chữa cháy của các mạng lưới hiện hữu. WaterCAD mô phỏng lưu lượng nước chữa cháy là mô phỏng mối quan hệ chặt chẽ giữa lưu lượng và áp lực. Tiêu chí phân tích và vận hành mạng lưới Tiêu chí cần đạt tới cho mạng lưới cấp nước là yếu tố quan trọng trong việc xác định tính toán mạng lưới cấp nước, đồng thời từ các tiêu chí này sẽ đưa ra các giải pháp phù www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 6 hợp đề phòng các tình huống xấu xảy ra trên mạng lưới. Từ việc kiểm soát điều khiển van trên mạng lưới, mô phỏng bơm biến tần (VSP), phân tích sự phụ thuộc giữa áp lực và nhu cầu (PDD), phân tích giảm tối thiểu chi phí năng lượng, mô phỏng hoạt động theo thời gian thực của mạng lưới. Quản lý so sánh giữa các kịch bản mô hình. WaterCAD cung cấp bộ công cụ, xây dựng kịch bản cho mạng lưới, giúp tạo phương án so sánh, phân tích… với mạng lưới hiện hữu, hoặc nhiều phương án cho khu quy hoạch mới…WaterCAD không giới hạn số lượng kịch bản cho một file mạng lưới. Từ đó người kỹ sư dễ dàng quyết định lựa chọn phương án nào trong các phương án đưa ra. Sự tương thích về giao diện làm và hiệu chỉnh các đối tượng mạng lưới  Chạy trên ba giao diện: chạy độc lập, chạy trên nền AutoCAD, Microstation.  Không giới hạn lệnh Undo và Redo.  Phân chia đoạn ống, thay đổi nút đầu cuối cho ống linh hoạt.  Nối các thuộc tính của nút.  Tự động gán nhãn cho các đối tượng và cập nhật khi có sự thay đổi.  Sử dụng nhiều lớp layer. Phân tích thủy lực, vận hành và chất lượng nước  Mô phỏng với chế độ ổn định đều.  Mô phỏng theo thời gian.  Phân tích nồng độ hóa chất trong mạng lưới.  Phân tích dựa vào tiêu chuẩn đưa vào.  Theo dõi nguồn nước.  Phân tích sự hòa trộn hóa chất trong bể chứa và đài nước.  Phân tích tuổi của nước.  Phân tích lưu lượng chữa cháy.  Kiểm soát mạng lưới bằng câu lệnh control.  Bơm biến tần.  Mô phỏng rò rỉ và phun nước.  Phân tích mối quan hệ áp lực và nhu cầu dùng nước.  Các loại van.  Đường cong đặc tính.  Kịch bản mạng lưới.  Phân tích van xả khí trên mạng lưới.  Tổng hợp đường cong đặc tính bơm.  Tối ưu đường kính ống khi thiết kế cải tạo. www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 7 Xây dựng mô hình và liên kết dữ liệu  Sử dụng bảng dạng cột, ODBC Connect.  Chuyển các đường polyline thành ống từ file DXF.  Nhận dữ liệu từ Shapefiles, GIS.  Liên kết SCADA.  Tự động xác định nhu cầu thông qua dữ liệu địa dư.  Xác nhu cầu dùng nước thông qua đồng hồ nước khách hàng từ file dữ liệu địa dư.  Tính toán nhu cầu dùng nước từ dữ liệu địa dư.  Sử dụng hệ số Pattern, với các khoảng thời gian, ngày, tuần, tháng.  Thất thoát nước, lượng nước không đếm được và rò rỉ.  Chỉnh sửa thuộc tính nhanh bằng tính năng Global Edition. Mô hình quản lý  Không giới hạn kịch bản và phương án.  So sánh kết quả giữa các kịch bản.  Quản lý kịch bản ở dạng cây thư mục.  Chỉnh sửa thuộc tính các đối tượng theo biến toàn cục.  Kịch bản và phương án có tính kế thừa, tạo kịch bản và phương án con.  Quản lý áp lực theo khu vực. Trình bày kết quả  Trắc dọc áp lực, lưu lượng, chất lượng nước…  Trình bày kết quả dạng bảng cột hàng.  Copy dữ liệu sang các file định dạng các chương trình khác, ví dụ .txt và .xls.  Thể hiện theo đường đồng mức. Tối ưu hóa mạng lưới cấp nước – sử dụng thuật toán di truyền  Tự động định cỡ mô hình mạng lưới cấp nước bằng công cụ Darwin Calibrator.  Thiết kế tối ưu mạng lưới cấp nước mới và cải tạo bằng công cụ Darwin Designer.  Tối ưu hóa hoạt động của bơm bằng công cụ Darwin Scheduler. Quản lý chi phí năng lượng và quản lý vốn  Phân tích chi phí dành cho năng lượng.  Phân tích chi phí vốn.  Tự động thiết kế và cải tạo.  Tự động vận hành quá trình bơm www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 8 Chương 2 Xây Dựng Nhanh Mạng Lưới Cấp Nước Xây dựng mạng lưới và phân tích mạng lưới cấp nước tại một thời điểm – bài 1 Khi xây dựng mạng lưới trong chương này chưa đề cập đến việc gán nhãn cho nút, cho ống, bởi vì Bentley WaterCAD V8i sẽ gán các nhãn này tự động. Khi tạo mô hình mạng lưới, chiều dài ống có thể nhập thủ công cho từng đoạn ống hoặc tỉ lệ bản vẽ được thiết lập, lúc đó chiều dài ống sẽ do chương trình tự động tính toán dựa trên vị trí điểm đầu cuối của đoạn ống. Trong mạng lưới sắp xây dựng, mạng lưới gồm có bể chứa được kết nối với bơm từ đó nối vào tuyến ống chính trong hệ thống phân phối. Để đơn giản hóa mạng lưới có thể xem áp lực do mạng lưới cung cấp nhỏ hơn áp lực yêu cầu. Với yêu cầu này không phải lúc nào cũng xảy ra, cần phải cẩn thận khi xây dựng mạng lưới gặp các trường hợp như vậy. Trong chương này, sẽ xây dựng và phân tích mạng lưới cấp nước như hình bên dưới. Sử dụng bản vẽ nền làm cơ sở cho việc vạch tuyến mạng lưới, chiều dài ống cấp nước sẽ được tự động tính toán. Bước 1: Tạo một dự án mới Trong chương này sẽ giới thiệu hai cách tạo một dự án, sử dụng bản WaterCAD V8i chạy trên nền AutoCAD 2009. www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 9 1. Double-click vào biểu tượng WaterCAD V8i for AutoCAD 2009 trên desktop để khởi động chương trình. 2. Chọn menu WaterCAD >Tools> Options > Units. Thiết lập đơn vị cho dự án, đơn vị mặc định của chương trình là US, chọn Reset Defaults > System International, thiết lập hệ đơn vị SI. 3. Kiểm tra lại hệ SI lần nữa nếu chưa được có thể chọn. 4. Ok. 5. Chọn menu File > Save, lưu file trước khi thực hiện xây dựng mạng lưới. Bước 2: Xây dựng mạng lưới 1. Chọn biểu tượng từ thanh công cụ vẽ nằm bên tay trái phái trên của màn hình. 2. Di chuyển chuột vào vùng làm việc của bản vẽ, nhấn chuột phải chọn Reservoir or chọn biểu tượng từ thanh công cụ, để vẽ bể chứa nước. 3. Chọn trên bản vẽ một điểm để đặt bể chứa 4. Di chuyển chuột đến vị trí bơm P-1, nhấn chuột phải chọn Pump từ menu. Click chuột trái để đặt bơm 5. Click chuột phải, chọn Junction từ menu và nhấn chuột trái để xác định vị trí J-1. 6. Thực hiện tương tự cho các nút J-2, J-3, J-4. 7. Click chuột lên nút J-1. 8. Click chuột phải chọn Done từ menu để hoàn tất việc vẽ 4 nút và 6 đoạn ống. www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 10 9. Tạo nút J-5. a. Chọn biểu tượng vẽ ống từ thanh công cụ vẽ ống một lần nữa. b. Click lên nút J-3. c. Di chuyển chuột đến vị trí nút J-5, và click chuột để xác định vị trí. d. Click chuột phải và chọn Done từ menu. 10. Vẽ nút PRV và nút J-6 a. Chọn biểu tượng vẽ ống từ thanh công cụ vẽ ống một lần nữa. b. Click chuột lên nút J-4. c. Click chuột phải chọn van PRV, click chuột xác định vị trí van PRV. d. Click chuột phải chọn Junction, click chuột xác định vị trí nút J-6. 11. Thêm đài nước, T-1. a. Click vào biểu tượng từ thanh công cụ vẽ ống. [...]... Trang 14 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 f Trong hộp thoại Set Field Options, chọn Unit là L/min – lít/phút g Click OK h Nhập các thông số cho bơm như sau: Sau khi nhập xong, đường cong đặc tính sẽ do chương trình tự vẽ i Click Close j Chọn PMP-1 cho bơm từ vùng Pump Definition Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 15 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 k Nhấn... liệu như sau: Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 25 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 6 Click Close 7 Trong vùng Pattern, chọn sinh hoạt từ menu đổ xuống 8 Tại dòng thứ 2, nhập giá trị 15 l/min và chọn Pattern là thương mại Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 26 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 9 Đóng hộp thoại Demands 10 Đóng hộp thoại thuộc tính nút... cho cùng một số thành phần mạng lưới, ví dụ vật liệu ống, hệ số nhám ống…, những thuộc tính này nếu nhập dữ liệu thông qua Dialog box sẽ tốn nhiều thời gian, để tiết kiệm thời gian, nên sử dụng nhập Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 18 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 liệu thông qua FlexTables, nó là dạng bảng có cột dòng, rất thuận tiện cho việc chỉnh sửa dữ liệu các đối tượng... hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 c Giá trị Starting Multiplier nhập 0.5 d Trong vùng Pattern Format chọn định dạng Stepwise e Nhập giá trị thời gian và hệ số như sau: Time from Start Multiplier 3 0.4 6 1.0 9 1.3 12 1.2 15 1.2 18 1.6 21 0.8 24 0.5 f Hệ số không điều hòa của nhu cầu sinh hoạt sau khi nhập các dữ liệu như sau: Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 24 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử. .. tạo các kịch bản cho mạng lưới Nhập dữ liệu thông qua Dialog Boxes Trong AutoCAD, double-click vào đối tượng muốn chỉnh sửa, sẽ xuất hiện hộp thoại Properties để chỉnh sửa 1 Sửa thông số cho bể chứa R-1 Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 11 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 2 Nhập cao độ của bể chứa là 198, và hiểu đơn vị ở đây là 198 mét 3 Thiết lập phân vùng cho bể chứa a... www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 14 Nhấn biểu tượng , để đóng hộp thoại Demands 15 Đóng hộp thoại chỉnh sửa thuộc tính nút Bước 2: Chạy mô phỏng thủy lực mạng lưới theo thời gian 1 Click chọn biểu tượng hoặc vào menu WaterCAD > Analysis >Calculation Options, để mở hộp thoại Calculation Options 2 Click chọn vào Base Calculation Options, chọn vào biểu tượng để sửa tên thành cháy... Modeling Properties, và chỉnh sửa thông số Time Analysis Type ở dạng Steady State trong vùng Calculation Times 3 Click vào biểu tượng để đóng hộp thoại 4 Click vào biểu tượng , hoặc vào menu WaterCAD > Analysis > Validate để kiểm tra mạng lưới có tồn tại lỗi gì không trước khi chạy mô phỏng mạng lưới Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 21 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Hộp thoại... nhiên giá trị này có thể chỉnh sửa lại nếu có yêu cầu đặc biệt 6 Click Close, để chọn các giá trị theo mặc định chương trình Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 20 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 7 Click Close Bước 5: Chạy mô phỏng mạng lưới, mô phỏng dạng Steady-Sate Analysis 1 Click biểu tượng để mở hộp thoại Base Calculation Options hoặc vào menu WaterCAD > Analysis > Calculation... bơm PMP-1 6 Mở hộp thoại chỉnh sửa thông số cho van PRV-1 a Nhập các thông số cho van như sau: Elevation = 165 Diameter = 150 Pressure = 390 Status = Active Settings = Pressure b Tạo Zone-2, và thiết lập Zone-2 cho van PRV-1 c Lưu thông tin cho van PRV-1 7 Nhập dữ liệu cho từng Junction – nút Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 16 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Click vào nút... 38 L/min Th.S Phạm Lê Du Ks Phạm Ngọc Sáu Trang 17 www hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 d Click Các nút còn lại nhập với các thông số sau: Junction Ground Elevation Zone Demand (L/min) J-1 184 Zone-1 38 J-2 185 Zone-1 31 J-3 184 Zone-1 34 J-4 183 Zone-1 38 J-5 185.5 Zone-1 350 J-6 165 Zone-2 356 8 Mở hộp thoại chỉnh sửa thông số ống Chiều dài các đoạn ống đã được tự động tính toán, chỉ . WaterCAD V8i chạy trên nền AutoCAD 2009. www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 9 1. Double-click vào biểu tượng WaterCAD V8i for. www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 4 www. hcmued.edu.vn Hướng dẫn sử dụng WaterCAD V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc. V8i 2012 Th.S Phạm Lê Du Ks. Phạm Ngọc Sáu Trang 5 Chương 1 Tổng Quan Về WaterCAD V8i WaterCAD V8i là phần mềm của hãng phần mềm nổi tiếng Bentley, ở Mỹ. WaterCAD là một chương trình