EPANET 2.0 CẨM NANG DÀNH CHO NGƯỜI SỬ DỤNG

EPANET là một chương trình máy tính thực hiện việc mô phỏng thời gian kéo dài (extended period simulation) đối với chế độ thủy lực và chất lượng nước trong các mạng lưới ống có áp. Một mạng lưới bao gồm ống, nút (mối nối ống), bơm, van và các đài nước hay bể lưu trữ. EPANET theo dõi lưu lượng nước trong mỗi ống, áp lực tại mỗi nút, độ cao của nước trong mỗi đài nước, và nồng độ của các loại (species) hóa chất trên toàn mạng lưới trong một khoảng thời gian mô phỏng bao gồm nhiều bước thời gian (time step). Ngoài các loại (species) hóa chất, việc theo dõi (tracing) tuổi và nguồn nước cũng có thể được mô phỏng.

EPANET 2.0 CẨM NANG DÀNH CHO NGƯỜI

SỬ DỤNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 EPANET là gì

EPANET là một chương trình máy tính thực hiện việc mô phỏng thời gian kéo dài(extended period simulation) đối với chế độ thủy lực và chất lượng nước trong các mạnglưới ống có áp Một mạng lưới bao gồm ống, nút (mối nối ống), bơm, van và các đài nướchay bể lưu trữ EPANET theo dõi lưu lượng nước trong mỗi ống, áp lực tại mỗi nút, độ caocủa nước trong mỗi đài nước, và nồng độ của các loại (species) hóa chất trên toàn mạnglưới trong một khoảng thời gian mô phỏng bao gồm nhiều bước thời gian (time step).Ngoài các loại (species) hóa chất, việc theo dõi (tracing) tuổi và nguồn nước cũng có thểđược mô phỏng

EPANET được thiết kế như là một công cụ nghiên cứu nhằm nâng cao sự hiểu biết củachúng ta về chuyển động và số phận của các thành phần (constituent) nước uống bêntrong các hệ thống phân phối Nó có thể được sử dụng cho nhiều loại ứng dụng khácnhau trong phân tích các hệ thống phân phối Việc thiết kế chương trình lấy mẫu thử(sampling), định cỡ (calibration) mô hình thủy lực, phân tích lượng Clo dư, và đánh giámức độ ảnh hưởng (exposure) của khách hàng là một số ví dụ EPANET có thể giúp đánhgiá các chiến lược quản lý lựa chọn (alternative) nhằm cải thiện chất lượng nước trên toàn

hệ thống Những chiến lược này có thể bao gồm:

 Thay thế sự sử dụng nguồn trong nhiều hệ thống nguồn,

 Thay thế các lịch bơm và nạp/xả đài nước,

 Sử dụng xử lý vệ tinh (satellite) chẳng hạn như tái Clo hóa (re-chlorination) tạiđài nước,

 Làm sạch và thay thế các ống đích (targeted)

Chạy trong Windows, EPANET cung cấp một môi trường thống nhất (integrated) chođiều chỉnh các số liệu nhập của mạng lưới, vận hành mô phỏng thủy lực và chất lượngnước và xem các kết quả trong nhiều định dạng khác nhau Những định dạng này bao

gồm các bản đồ mạng lưới được mã màu (color-coded), các bảng số liệu, và các bản vẽđường viền (contour).

1.2 Các khả năng lập mô hình thủy lực

Lập mô hình đầy đủ và chính xác là điều kiện tiên quyết cho việc lập mô hình chấtlượng nước hiệu quả EPANET chứa một giá trị trung bình phân tích thủy lực tối tân gồmcác khả năng sau:

 Không đặt ra giới hạn đối với kích cỡ của mạng lưới mà có thể được phân tích

 Tính toán tổn thất cột áp do ma sát sử dụng các công thức Hazen-Williams,Darcy-Weisbach, hay Chezy-Manning

 Bao gồm những thất thoát cột áp cục bộ đối với các điểm uốn, ống nối v.v

 Lập mô hình cho máy bơm có tốc độ không đổi hay thay đổi

 Tính toán năng lượng và chi phí bơm

 Lập mô hình nhiều loại van khác nhau bao gồm các van đóng (shut-off), kiểmtra (một chiều) (check), điều hòa áp lực và kiểm soát lưu lượng (flow control)

 Cho phép các đài chứa nước có bất cứ hình dạng nào (có nghĩa là đường kính

có thể thay đổi theo độ cao)

 Xem xét nhiều loại nhu cầu tại các nút, với kiểu thay đổi thời gian khác nhau

 Lập mô hình sự phát ra (issuing) lưu lượng phụ thuộc vào áp lực từ máy phát(emitter) (cột áp bình phun (sprinkler)

 Có thể làm cho vận hành hệ thống được thực hiện dựa trên cả những kiểm soátmức đài nước hay thiết bị bấm giờ (timer) đơn giản lẫn những kiểm soát(controls) dựa trên quy tắc phức tạp

1.3 Khả năng lập mô hình chất lượng nước

2

Ngoài lập mô hình thủy lực, EPANET còn cung cấp những khả năng lập mô hình chấtlượng nước sau đây:

 Lập mô hình chuyển động của chất chỉ thị (tracer) không phản ứng thông quamạng lưới theo thời gian

 Lập mô hình chuyển động và số phận của một chất phản ứng khi nó phát triển(ví dụ, một sản phẩm phụ khử trùng) hay phân rã (ví dụ lượng Clo dư) theothời gian

 Lập mô hình tuổi của nước trên toàn mạng lưới

 Theo dõi tỉ lệ phần trăm của lưu lượng từ một nút đã cho mà đến được tất cảcác nút khác theo thời gian

 Lập mô hình các phản ứng trong cả lưu lượng khối (bulk) và tại thành ống

 Sử dụng động lực học thứ n để lập mô hình các phản ứng trong lưu lượng khối(bulk)

 Sử dụng động lực học thứ tự zero hay thứ nhất để lập mô hình phản ứng tạithành ống

 Giải thích (account for) những giới hạn chuyển khối lượng (mass trasfer) khi lập

mô hình các phản ứng tại thành ống

 Cho phép phản ứng phát triển hay phân rã tiếp diễn tới một nồng độ hạn chế

 Sử dụng hệ số tốc độ phản ứng mà có thể được sửa đổi trên cơ sở từng ống

 Cho phép nồng độ thay đổi theo thời gian hay nhập khối lượng (mass inputs)tại bất cứ vị trí nào trong mạng lưới

 Lập mô hình các đài nước như là các chất phản ứng (reactor) dòng chảy phatrộn hoàn toàn, nút (plug), hay hai ngăn

Bằng cách sử dụng các đặc điểm này, EPANET có thể nghiên cứu những hiện tượngchất lượng nước như:

 Pha trộn nước từ các nguồn khác nhau

 Tuổi của nước trên toàn bộ hệ thống

 Sự thất thoát của Clo dư

 Sự phát triển của những sản phẩn phụ khử trùng

 Theo dõi những trường hợp truyền chất ô nhiễm

1.4 Các bước trong sử dụng EPANET

Những bước điển hình sau đây thường được áp dụng khi sử dụng EPANET để lập môhình hệ thống phân phối nước:

1. Vẽ một hình biểu diễn mạng lưới của hệ thống phân phối của bạn (xem Phần 6.1)hay nhập một mô tả cơ bản về mạng lưới đặt trong một tập tin văn bản (xem Phần11.4)

2. Sửa đổi những đặc điểm của các đối tượng tạo thành hệ thống (xem Phần 6.4)

3 Mô tả làm thế nào để vận hành hệ thống (xem Phần 6.5)

4 Chọn tập hợp các lựa chọn phân tích (xem Phần 8.1)

5 Chạy chương trình phân tích thủy lực/chất lượng nước (xem Phần 8.2)

6 Xem các kết quả phân tích (xem Chương 9)

1.5 Về cuốn cẩm nang này

Chương 2 cuốn cẩm nang này mô tả cách cài đặt EPANET và đưa ra một hướng dẫnnhanh về cách sử dụng nó Những bạn đọc không quen với những điểm căn bản của việc

4

lập mô hình các hệ thống phân phối cũng có thể xem lại Chương 3 trước trước khi đi quaphần hướng dẫn này.

Chương 3 cung cấp tài liệu nền tảng về cách EPANET lập mô hình một hệ thống phânphối nước Nó hướng dẫn về những thành phần cơ bản tạo thành một hệ thống phân phốicũng như những thông tin lập mô hình bổ sung, chẳng hạn như những thay đổi thời gian

và sự kiểm soát vận hành, được kiểm soát như thế nào Chúng cũng cung cấp một cáinhìn khái quát về việc thực hiện sự mô phỏng bằng thủy lực hệ thống và đặc điểm chấtlượng nước

Chương 4 cho thấy không gian làm việc (workspace) của EPANET được tổ chức nhưthế nào Nó mô tả các chức năng của nhiều lựa chọn trình đơn khác nhau và các nút trênToolbar (thanh công cụ), và cách sử dụng ba cửa sổ chính - Network Map, Browser vàProperty Editor

Chương 5 bàn về các tập tin dự án (project file) mà lưu trữ tất cả các thông tin chứatrong mô hình EPANET của một hệ thống phân phối Nó cho thấy cách tạo ra, mở và lưunhững tập tin này cũng như cách định ra những lựa chọn mặc định Nó cũng bàn đếncách đăng ký dữ liệu định cỡ (calibration data) mà được sử dụng để so sánh các kết quả

mô phỏng với những số đo thực tế

Chương 6 mô tả cách bắt đầu xây dựng một mô hình mạng lưới của hệ thống phânphối với EPANET Nó cho thấy cách tạo ra nhiều đối tượng khác nhau (ống, bơm, van, mốinối, đài nước v.v ) mà tạo nên một hệ thống, cách sửa đổi đặc điểm của các đối tượngnày và cách mô tả sự thay đổi của nhu cầu và vận hành hệ thống theo thời gian

Chương 7 giải thích cách sử dụng bản đồ mạng lưới mà cung cấp hình ảnh bằng đồ thị

về hệ thống đang được lập mô hình Nó cho thấy cách xem các thông số thiết kế và tínhtoán khác nhau theo kiểu mã màu (color-coded) trên bản đồ, cách thay đổi tỉ lệ, phóng tothu nhỏ, và quét bản đồ, cách đặt các đối tượng trên bản đồ và những lựa chọn nào sẵn

có để tùy biến bề ngoài của bản đồ

Chương 8 cho thấy cách chạy chương trình phân tích thủy lực/chất lượng nước của môhình mạng lưới Nó mô tả nhiều lựa chọn khác nhau mà kiểm soát cách thực hiện sự phân

tích và đưa ra một số bí quyết giải quyết rắc rối cần sử dụng khi kiểm tra các kết quả môphỏng.

Chương 9 bàn đến nhiều cách khác nhau để xem phân tích Những cách này bao gồmnhững cách nhìn khác nhau đối với bản đồ mạng lưới, nhiều loại biểu đồ và bảng khácnhau và một vài loại báo cáo đặc biệt

Chương 10 giải thích cách in và sao chép những hình ảnh được đề cập đến ở chương9

Chương 11 mô tả cách EPANET nhập và xuất các chuỗi hiện tượng (scenario) Mộtchuỗi hiện tượng (scenario) là tập hợp nhỏ các dữ liệu mô tả đặc điểm của các điều kiệnhiện tại mà trong đó một mạng lưới ống đang được phân tích (ví dụ như các nhu cầukhách hàng, quy luật vận hành, các hệ số phản ứng chất lượng nước v.v ) Nó cũng bànđến cách lưu toàn bộ cơ sở dữ liệu của một chương trình vào một tập tin văn bản có thểđọc được và cách xuất bản đồ mạng lưới vào nhiều định dạng khác nhau

Chương 12 trả lời những câu hỏi về việc EPANET có thể được sử dụng như thế nào đểlập mô hình những loại tình huống đặc biệt, chẳng hạn như lập mô hình các đài nước, tìm

ra lưu lượng tối đa sẵn có tại một áp lực cụ thể và lập mô hình sự phát triển của các sảnphẩm phụ khử trùng

Cuốn cẩm nang này cũng chứa một số phụ lục Phụ lục A cung cấp một bảng các đơn

vị biểu diễn cho tất cả các thông số thiết kế và tính toán Phụ lục B là một danh mục các

mã thông điệp, lỗi và ý nghĩa của chúng mà chương trình có thể tạo ra Phụ lục C mô tảcách chạy EPANET từ một gợi ý dòng lệnh trong cửa sổ DOS và bàn đến định dạng củacác tập tin được sử dụng với kiểu vận hành này Phụ lục D cung cấp các chi tiết củanhững thủ tục và công thức được sử dụng bởi EPANET trong các thuật toán phân tíchthủy lực và chất lượng nước của nó

6

CHƯƠNG 2: HƯỚNG DẪN KHỞI ĐẦU NHANH

Chương này hướng dẫn về cách sử dụng EPANET Nếu bạn không quen với các thànhphần tạo thành một hệ thống phân phối nước và cách mô tả chúng trong các mô hìnhmạng lưới ống thì có thể trước hết bạn phải ôn lại hai phần đầu tiên của Chương 3

2.1 Cài đặt EPANET.

EPANET Phiên Bản 2.0 được thiết kế để sử dụng được trong hệ điều hành Windows95/98/NT của máy tính cá nhân tương thích với IBM/Intel Nó được phân bổ như một tậptin riêng rẽ, en2setup.exe., mà chứa một chương trình cài đặt tự trích (self-extracting).Muốn cài đặt EPANET thì:

1 Chọn Run từ trình đơn Windows Start

2. Nhập đường dẫn đầy đủ và tên của tập tin en2setup.exe hay nhấn nút Browse để

đặt nó trong máy tính của bạn

3 Nhấp nút OK để bắt đầu quá trình cài đặt

Chương trình cài đặt sẽ yêu cầu bạn chọn folder (directory) nơi các tập tin EPANET sẽđược đặt Folder mặc định là c:\Program files\EPANET2 Sau khi các tập tin đã được càiđặt trình đơn Start của bạn sẽ có một mục mới mang tên là EPANET 2.0 Muốn mởEPANET chỉ cần chọn mục này từ trình đơn Start, sau đó chọn EPANET 2.0 từ trình đơnnhỏ mà xuất hiện trên màn hình (Tên của tập tin có thể sử dụng để chạy EPANET trongWindows là epanet2w.exe.)

Nếu bạn muốn xoá EPANET ra khỏi máy tính của bạn, bạn có thể sử dụng quy trìnhsau:

1 Chọn Settings từ trình đơn Windows Start

2 Chọn Control Panel từ trình đơn Settings

3 Nhấp đúp lên mục Add/Remove Programs

4 Chọn EPANET 2.0 từ danh mục của các chương trình mà xuất hiện trên màn hình.

5 Nhấp nút Add/Remove

2.2 Ví dụ mạng lưới.

Trong phần hướng dẫn này chúng tôi sẽ phân tích mạng lưới phân phối đơn giản đượcbiểu diễn trong Hình 2.1 bên dưới Nó bao gồm một bể chứa nguồn (ví dụ như: giếng,sông của nhà máy xử lý) mà từ đó nước được bơm vào một mạng lưới đường ống haiđường nhánh Cũng có một ống dẫn tới một đài chứa nước mà nổi bên trên hệ thống Cácnhãn ID (ID label) cho nhiều thành phần khác nhau được biểu diễn trong hình Các núttrong mạng lưới có các đặc điểm được biểu diễn trong Bảng 2.1 Các đặc điểm ống đượcliệt kê trong Bảng 2.2 Ngoài ra, máy bơm (9) có thể cung cấp một cột áp bằng 45m vớimột lưu lượng (162 m3/h) , và đài nước (Nút 8) có đường kính 18m, mức nước 1.05m, vàmực nước tối đa 6m

Hình 2.1 Ví Dụ Mạng Lưới Oáng

8

Bảng 2.1 Ví Dụ Các Đặc Điểm Của Mạng Lưới Oáng

Nút Độ cao (m) Nhu cầu(m3/h)1

2345678

210210213210195210210249

004040544000

Bảng 2.2 Ví Dụ Các Đặc Điểm Của Mạng Lưới Oáng

Nút Chiều dài (m) Đường kính

(mm) Yếu tố C1

2345678

9001500150015001500210015002100

350300200200200250150150

100100100100100100100100

2.3 Mặc định ban đầu

Nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là tạo ra một thiết lập mới trong EPANET và đảm bảorằng các lựa chọn mặc định nhất định được chọn Để bắt đầu, hãy mở EPANET, hay nếu

như nó đang chạy rồi thì chọn File >> New (từ thanh trình đơn) để tạo ra một thiết lậpmới Sau đó chọn Project >> Defaults để mở biểu mẫu hộp thoại được biểu diễn trongHình 2.2 Chúng ta sẽ sử dụng hộp thoại này để yêu cầu EPANET tự động tạo nhãn chocác đối tượng mới bằng những số liên tiếp bắt đầu từ 1 khi chúng được cộng thêm vàomạng lưới Trên trang ID Labels của hộp thoại, hãy xóa tất cả các trường ID Prefix vàđịnh ID Increment bằng 1 Sau đó chọn trang Hydraulics (thủy lực) của hộp thoại và địnhchọn lựa Flow Units (đơn vị lưu lượng) là CMH (m3/giờ) Điều này ngụ ý rằng các đơn vị

US Customary (Mỹ) cũng sẽ được sử dụng cho tất cả các lượng nước khác (chiều dài tínhbằng m, đường kính ống tính bằng mm, áp lực tính bằng psi v.v ) Cũng hãy chọn côngthức Hazen-Williams (H-W) để tính tổn thất cột áp Nếu bạn muốn lưu các lựa chọn nàycho tất cả các project mới trong tương lai bạn có thể đánh dấu kiểm (check) hộp Save ởdưới đáy của biểu trước khi chấp nhận nó bằng cách nhấp nút OK

Hình 2.2 Hộp thoại Project Defaults

10

Tiếp theo chúng ta sẽ chọn một số lựa chọn hiển thị bản đồ sau cho khi chúng ta thêmcác đối tượng vào bản đồ, chúng ta sẽ nhìn thấy nhãn ID (ID label) của chúng và các biểutượng (symbol) được hiển thị Chọn View >> Options để hiện ra biểu thoại Map Options.Chọn trang Notation trên biểu này và đánh dấu kiểm (check) các cài đặt (settings) đượcbiểu diễn trong Hình 2.3 bên dưới Sau đó chuyển sang trang Symbols và đánh dấu kiểm(check) tất cả các hộp Nhấp nút OK để chấp nhận những lựa chọn này và đóng hộp thoạilại.

Cuối cùng, trước khi vẽ mạng lưới của chúng ta chúng ta phải đảm bảo rằng các cài

đặt tỉ lệ bản đồ của chúng ta là chấp nhận được Chọn View >> Dimensions để làm

hiện ra hộp thoại Map Dimensions Lưu ý các kích cỡ mặc định được gán cho một projectmới Những cài đặt này sẽ đáp ứng ví dụ này, do đó hãy nhấp nút OK

Hình 2.3 Hộp thoại Map Options

2.4 Vẽ Mạng Lưới

Bây giờ chúng ta sẵn sàng bắt đầu vẽ mạng lưới của chúng ta bằng cách sử dụng conchuột và các nút nằm trên Map Toolbar (Thanh Công Cụ Bản Đồ) được biểu diễn bên

dưới (Nếu thanh công cụ không nhìn thấy được hãy chọn View >> Toolbar >> Map).

Trước hết chúng ta sẽ thêm vào bể chứa Nhấp nút Reservoir Sau đó nhấp chuột trênbản đồ tại địa điểm của bể chứa (ở đâu đó phía bên trái của bản đồ)

Sau đó chúng ta sẽ thêm vào các nút mối nối Nhấp nút Junction và sau đó nhấp vàobản đồ tại các địa điểm của các nút từ 2 tới 7

Cuối cùng ta thêm đài nước vào bằng cách nhấp nút Tank và nhấp bản đồ nơi có đàinước Tại điểm này bản đồ mạng lưới (Network Map) phải có dạng như bản vẽ trong Hình2.4

Hình 2.4 Bản Đồ Mạng Lưới (Network Map) sau khi thêm các nút

12

Sau đó chúng ta sẽ thêm các ống vào Hãy bắt đầu với ống 1 nối nút 2 với nút 3.Trước hết nhấp nút Pipe trên Toolbar (thanh công cụ) Sau đó nhấp chuột trên nút 2trên bản đồ và sau đó trên nút 3 Lưu ý cách vẽ sơ đồ của ống khi bạn di chuyển conchuột từ nút 2 tới nút 3 Hãy lặp lại quy trình này cho các ống từ 2 tới 7.

Pipe 8 có hình đường cong Muốn vẽ nó, hãy nhấp chuột trước trên Nút 5 Sau đó khibạn di chuyển con chuột tới nút 6, hãy nhấp tại những điểm mà cần đến một sự duy trìhướng để duy trì hình dạng mong muốn Hãy hoàn thành quá trình bằng cách nhấp vàoNút 6

Cuối cùng chúng ta sẽ thêm máy bơm vào Hãy nhấp nút PumpĠ, nhấp vào nút 1 vàsau đó nút 2 Sau đó chúng ta sẽ tạo nhãn cho bể chứa, máy bơm và đài nước Hãy chọnnút Text trên Map Toolbar và nhấp vào một nơi nào đó để đóng bể chứa lại (Nút 1).Một hộp điều chỉnh sẽ xuất hiên Hãy đánh máy vào từ SOURCE và sau đó gõ phím Enter.Nhấp bên cạnh máy bơm và sau đó nhập nhãn của nó vào, rồi làm tương tự cho đàinước Sau đó nhấp nút Selection trên Toolbar (thanh công cụ) để đưa bản đồ vào chế

độ Object Selection thay vì chế độ Text Insertion

Tại thời điểm này chúng ta hoàn thành việc vẽ mạng lưới ví dụ Network Map của bạnphải trông như bản đồ ở Hình 2.1 Nếu các nút nằm sai vị trí bạn có thể di chuyển chúngbằng cách nhấp vào nút để chọn nó, và sau đó kéo nó với nút chuột trái giữ nguyên ở vịtrí mới của nó Chú ý xem các ống nối với nút được di chuyển cùng với nút như thế nào.Các nhãn có thể được thay đổi vị trí theo kiểu tương tự Muốn tạo hình lại cho Pipe 8 códạng đường cong:

1 Trước hết nhấp lên Pipe 8 để chọn nó và sau đó nhấp nút định vị trên MapToolbar để đưa bản đồ vào chế chộ Vertex Selection

2 Chọn một điểm đỉnh (vertex) trên ống bằng cách nhấp lên nó và sau đó kéo nó tớimột vị trí mới với nút chuột trái giữ nguyên

3 Nếu cần, các đỉnh có thể được thêm vào hay xóa khỏi ống bằng cách nhấp chuộtphải và chọn lựa chọn phù hợp từ trình đơn popup xuất hiện trên màn hình

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

2.5 Định các đặc tính của đối tượng (Object Properties)

Khi các đối tượng được thêm một project chúng được gán cho một tập hợp các đặcđiểm mặc định Muốn thay đổi giá trị của một đặc điểm cụ thể cho một đối tượng ta phảichọn đối tượng vào Property Editor (Hình 2.5) Có một số cách khác nhau để làm điềunày Nếu Editor đã nhìn thấy được thì bạn có thể làm cho nó xuất hiện bằng một trongnhững bước sau đây:

 Nhấp đúp vào đối tượng trên bản đồ

 Nhấp phải lên đối tượng và chọn Properties từ trình đơn popup xuất hiện trên mànhình

 Chọn đối tượng từ trang Data của cửa sổ Browser và sau đó nhấp nút Browser’sEdit

Mỗi khi Property Editor có điểm tập trung bạn có thể nhấn phím F1 để có được những

mô tả đầy đủ hơn của các đặc điểm liệt kê

Hình 2.5 Property Editor

14

Chúng ta hãy bắt đầu sửa đổi bằng cách chọn nút 2 vào Property Editor như biểu diễn

ở trên Bây giờ chúng ta nhập độ cao và nhu cầu cho nút này trong những trường hợpthích hợp Bạn có thể sử dụng các mũi tên Up và Down trên bàn phím hay con chuột để

di chuyển giữa các trường này Chúng ta chỉ cần nhấp lên một đối tượng khác (nút haymối nối) để làm cho các đặc điểm của nó xuất hiện tiếp trên Property Editor (Chúng tacũng có thể nhấn phím page down hay page up để di chuyển tới đối tượng tiếp theo hayđối tượng trước thuộc cùng loại trong cơ sở dữ liệu) Như vậy chúng ta có thể chỉ cần dichuyển từ đối tượng này sang đối tượng khác và điền vào độ cao và nhu cầu cho các nút,chiều dài, đường kính và độ nhám (yếu tố C) cho các mối nối

Đối với đài nước bạn sẽ nhập độ cao của nó (700) trong trường Total Head (Tổng cộtáp) Đối với đài nước, nhấp 830 cho độ cao của nó, 4 cho mức nước ban đầu, 20 cho mứcnước tối đa của nó, và 60 cho đường kính của nó Đối với máy bơm, chúng ta cần phải ấnđịnh cho nó một đường cong máy bơm (mối quan hệ giữa cột áp và lưu lượng) Nhậpnhãn ID (ID label) 1 trong trường Pump Curve

Tiếp theo chúng ta sẽ tạo ra Pump Curve 1 Từ trang Data của cửa sổ Browser, chọnCurves từ ô danh mục kéo và sau đó nhấp nút Add Một Curve 1 mới sẽ được thêm vào

cơ sở dữ liệu và biểu thoại Curve Editor sẽ xuất hiện (xem Hình 2.6) Hãy nhập lưu lượngthiết kế máy bơm (600) và cột áp (150) vào biểu này Phươn trình của đường cong đượcbiểu diễn cùng với hình dạng của nó Nhấp OK để đóng Editor

Hình 2.6 Curve Editor

2.6 Lưu và mở các dự án (Project)

Sau khi đã hoàn thành thiết kế ban đầu của mạng lưới của chúng ta, cần phải lưu lạicông việc của chúng ta vào một tập tin vào thời điểm này

1 Từ trình đơn File chọn lựa chọn Save as

2. Trong hộp thoại Save as xuất hiện trên màn hình, chọn tên một ngăn ngừa và tậptin để lưu project này Chúng tôi đề nghị nên đặt tên cho tập tin này là tutorial.net.(Một phần mở rộng.net sẽ được thêm vào tên tập tin nếu ta không đặt)

3 Nhấp OK để lưu project này vào tập tin

Các dữ liệu của project được lưu vào tập tin trong một định dạng nhị phân đặc biệt.Nếu bạn muốn lưu các dữ liệu mạng lưới vào tập tin dưới dạng văn bản có thể đọc được,hãy sử dụng lệnh file >> Export >> Network thay vào đó

Muốn mở project , chúng ta chọn lệnh Open từ trình đơn File

2.7 Vận hành một phân tích khoảng thời gian riêng rẽ

Bây giờ chúng ta có đủ thông tin để vận hành một phân tích thủy lực khoảng thời gianriêng rẽ (hay ảnh chụp nhanh) trên mạng lưới ví dụ của chúng ta Để vận hành sự phântích chọn Project >> Run Analysis hay nhấp nút Run trên Standard Toolbar (Nếuthanh công cụ không nhìn thấy được hãy chọn View >> Toolbars >> Standard từ thanhtrình đơn.)

Nếu sự vận hành không thành công, một cửa sổ Status Report sẽ xuất hiện cho thấyvấn đề xảy ra Nếu nó vận hành thành công, bạn có thể xem các kết quả tính toán theonhiều cách Hãy thử một số trong các cách sau:

 Chọn Node Pressure từ trang Browser’s Map và quan sát các giá trị áp lực tại cácnút trở nên được mã màu (color-coded) như thế nào Muốn xem lời chú giải choviệc mã màu (color-coding), hãy chọn View >> Legends >> Node (hay nhấp phảitrên một phần trống của bản đồ và chọn Node Legend từ trình đơn popup) Muốn

16

thay đổi khoảng cách và màu của lời chú giải, hãy nhấp phải trên lời chú giải đểlàm cho Legend Editor xuất hiện.

 Làm xuất hiện Property Editor (nhấp đúp trên bất cứ nút hay mối nối nào) và lưu ýcác kết quả tính toán được hiển thị ở cuối danh mục đặc điểm

 Hãy 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 thịmột bảng như vậy cho các kết quả mắt xích của khoảng này Lưu ý rằng các lưulượng với các dấu âm có nghĩa là lưu lượng ở hướng đối lập với hướng mà ốngđược vẽ ban đầu

Hình 2.7 Bảng ví dụ các kết quả mối nối 2.8 Vận hành một phân tích thời gian kéo dài (Extended Period)

Để làm cho mạng lưới của chúng ta hiện thực hơn cho việc phân tích một thời gianvận hành kéo dài chúng ta sẽ tạo ra một kiểu thời gian mà đặt ra các lệnh tại các nút theyđổi một cách định kỳ trong ngày Đối với ví dụ đơn giản này chúng ra sẽ sử dụng mộtbước thời gian mô hình 6 giờ như vậy làm cho các lệnh thay đổi vào bốn thời gian khácnhau trong ngày (một bước thời gian Pattern 1 giờ là một con số tiêu biểu hơn và là sựmặc định gán cho các project mới.) Chúng ta định ra bước thời gian mô hình bằng cách

chọn Options-Times từ Data Browser, nhấp nút Browser’s Edit để làm cho Property Editorxuất hiện (nếu như nó không nhìn thấy được), và nhập 6 cho giá trị của Bước Thời Gian

Mô Hình (như được biểu diễn trong Hình 2.8 bên dưới) Trong khi chúng ta có TimeOptions sẵn có chúng ta cũng định ra khoảng thời gian mà chúng ta muốn thời gian kéodài (extended period simulation) vận hành Hãy sử dụng một khoảng thời gian 3 ngày(nhập 72 giờ cho đặc điểm Duration)

Hình 2.8 Times Options

Muốn tạo ra mô hình, hãy chọn loại Patterns trong Browser và sau đó nhấp nútAdd Một Pattern 1 mới sẽ được tạo ra và hộp thoại Pattern Editor sẽ xuất hiện (Xem Hình2.9) Hãy nhập các giá trị 0,5; 1,3;, 1,0; 1,2 cho các khoảng thời gian 1 tới 4 mà sẽ cho

mô hình của chúng ta một khoảng thời gian là 24 giờ Các số nhân được sử dụng để sửađổi nhu cầu từ mức căn bản của nó trong mỗi khoảng thời gian Vì chúng ta đang tạo ramột vận hành 72 giờ, mô hình sẽ bao quanh để bắt đầu sau mỗi khoảng thời gian 24 giờ

18

Hình 2.9 Pattern Editor

Bây giờ chúng ta cần phải ấn định Pattern 1 cho đặc điểm Damand Pattern của tất cả cácmối nối trong mạng lưới của chúng ta Chúng ta có thể sử dụng một trong các HydraulicOptions của EPANET để tránh việc phải sửa đổi mỗi mối nối một cách riêng rẽ Nếu bạnlàm xuất hiện Hydraulic Options trong Property Editor bạn sẽ thấy rằng có một mục gọi làDefault Pattern Việc định cho giá trị của nó bằng 1 sẽ làm cho Demand Pattern tại mỗimối nối bằng Pattern 1, một khi không có mô hình nào khác được gán cho mối nối

Tiếp theo vận hành sự phân tích (chọn Project >> Run Analysis hay nhấp nút định vịtrên Standard Toolbar) Đối với phân tích khoảng thời gian kéo dài (extended period) bạn

có một số cách nữa để xem kết quả:

 Thanh cuộn trong các nút kiểm soát Time của Browser được sử dụng để hiển thịbản đồ mạng lưới tại những thời điểm khác nhau Hãy thử thực hiện điều này vớiPressure được chọn như là thông số nút và Flow như là thông số mối nối

 Các nút theo kiểu VCR trong Browser có thể kích hoạt bản đồ theo thời gian Hãynhấp nút Forward (chạy tới) để bắt đầu kích hoạt và nút Stop để ngưng nólại

 Hãy thêm các mũi tên hướng dòng chảy vào bản đồ (chọn View >> Options, chọn trang Flow Arrows từ hộp thoại Map Options, và đánh dấu kiểm (check) một

kiểu mũi tên mà bạn muốn sử dụng) Sau đó hãy bắt đầu kích hoạt lại và lưu ý sựthay đổi hướng dòng chảy qua ống nối với đài nước khi đài nước nhận nước và xảnước theo thời gian

 Hãy tạo ra một bản vẽ loạt thời gian cho bất cứ nút hay mối nối nào Ví dụ, muốnxem độ cao của nước trong đài nước thay đổi như thế nào theo thời gian:

1 Nhấp vào đài nước

2. Chọn Report >> Graph (hay nhấp nút Graph trên Standard Toolbar) mà sẽhiển thị một hộp thoại Graph Selection

3 Hãy chọn nút Time Series trên hộp thoại

4 Chọn Head như là thông số để vẽ

5 Nhấp OK để chấp nhận việc chọn biểu đồ của bạn

Hãy lưu ý hành vi định kỳ của độ cao nước trong đài nước theo thời gian (Hình 2.10)

Hình 2.10 Ví Dụ Bản Vẽ Loạt Thời Gian

20

2.9 Vận Hành Một Phân Tích Chất Lượng Nước

Tiếp theo chúng tôi cho thấy cách kéo dài phân tích mạng lưới mẫu của chúng tôi đểbao gồm chất lượng nước Trường hợp đơn giản nhất là theo dõi sự phát triển của tuổicủa nước trên toàn bộ mạng lưới theo thời gian Để thực hiện phân tích này chúng ta chỉphải chọn Age cho đặc điểm Parameter trong Quality Options (chọn Quality Options từtrang Data của Browser, sau đó nhấp nút Edit Browser để làm cho Property Editor xuấthiện.) Hãy vận hành phân tích và chọn Age như là thông số để xem trên bản đồ Hay tạo

ra một bản vẽ loạt thời gian cho Age trong đài nước Lưu ý rằng không như mức nước, 72giờ không phải là đủ thời gian để đài nước đạt tới hành vi định kỳ cho tuổi của nước.(Điều kiện mặc định ban đầu là bắt đầu tất cả các nút với tuổi bằng 0.) Hãy thử lặp lạiviệc mô phỏng sử dụng một khoảng thời gian 240 giờ hay ấn định một tuổi ban đầu bằng

60 giờ cho đài nước (nhập 60 như là giá trị của Initial Quality trong Property Editor chođài nước)

Cuối cùng chúng tôi cho thấy cách mô phỏng sự vận chuyển và hư hỏng (decay) của Cloqua mạng lưới Hãy thực hiện những thay đổi sau cho cơ sở dữ liệu:

1. Chọn Options-Quality để sửa đổi từ Data Browser Trong trường Property Editor’sParameter hãy gõ vào từ Chlorine

2. Hãy chuyển sang Options-Reactions trong Browser Đối với Global Bulk Coefficienthãy nhập một giá trị bằng -1,0 Điều này phản ánh tốc độ mà tại đó Clo sẽ bị phân

rã do những phản ứng trong lưu lượng khối theo thời gian Tốc độ này sẽ áp dụngcho tất cả các ống trong mạng lưới Bạn có thể sửa đổi giá trị này cho các ốngriêng rẽ nếu bạn cần

3. Hãy nhấp vào nút đài nước và ấn đĩnh Initial Quality của nó bằng 1,0 Đây sẽ lànồng độ Clo mà liên tục đi vào mạng lưới (Hãy ấn định lại chất lượng ban đầutrong Tank bằng 0 nếu như bạn đã thay đổi đó)

Bây giờ hãy vận hành ví dụ Hãy sử dụng các nút kiểm soát Time trên Map Browser đểxem các mức Clo thay đổi theo vị trí và thời gian như thế nào trên toàn bộ sự mô phỏng.Hãy lưu ý đối với mạng lưới đơn giản này, chỉ có các mối nối 5, 6, và 7 nhìn thấy các mức

Clo bị giảm xuống do được cung cấp bởi nước Clo thấp từ đài nước Hãy tạo ra mộtReaction Report (Báo Cáo Phản Ứng) cho sự vận hành này bằng cách chọn Report >>Reaction từ trình đơn chính Báo cáo này phải trông như Hình 2.11 Nó cho thấy trungbình lượng Clo thất thoát là bao nhiêu xảy ra trong các ống đối lập với đài nước Thuậtngữ “khối” chỉ các phản ứng xảy ra trong chất lỏng khối trong khi “thành” chỉ các phảnứng với vật liệu trên thành ống Phản ứng sau bằng zero vì chúng ta đã không định rõ bất

cứ hệ số phản ứng thành nào trong ví dụ này

Hình 2.11 Ví Dụ Về Reaction Report (Báo Cáo Phản Ứng)

Chúng ta chỉ mới chạm tới bề mặt của nhiều khả năng khác nhau mà EPANET cung cấp.Một số đặc điểm nữa của chương trình mà bạn phải thử nghiệm là:

 Sửa đổi một đặc điểm cho một nhóm các đối tượng nằm bên trong một khu vựcxác định bởi người sử dụng

 Sử dụng các câu trình bày Control để dựa sự vận hành máy bơm vào thời giantrong ngày hay các mức nước đài nước

22

 Khảo sát các Map Options khác nhau, chẳng hạn như làm cho kích cỡ của nút liênquan tới giá trị.

 Gắn một bản đồ backdrop (chẳng hạn như một bản đồ đường phố) vào bản đồmạng lưới

 Tạo ra nhiều loại biểu đồ khác nhau, chẳng hạn như các bản vẽ mặt cắt và các bản

vẽ đườg đồng mức

 Thêm các số liệu định cỡ vào một project và xem một báo cáo định cỡ

 Sao chép bản đồ, biểu đồ, hay một báo cáo vào vùng lưu trữ tạm hay một tập tin

 Lưu và xem lại một kịch bản thiết kế (có nghĩa là, các nhu cầu nút hiện tại, các giátrị độ nhám ống v.v )

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH MẠNG LƯỚI

Chương này bàn về cách EPANET lập mô hình các đối tượng vật lý mà tạo thành một hệthống phân phối cũng như các thông số vận hành của nó Các chi tiết về việc thông tinnày được nhập vào chương trình như thế nào được hiển thị trong các chương sau Mộtphần khái quát cũng được cung cấp theo các phương pháp tính toán mà EPANET sử dụng

để mô phỏng hành vi thủy lực và vận chuyển chất lượng nước

3.1 Các Thành Phần cơ bản

EPANET lập mô hình một hệ thống phân phối như là một tập hợp các mắt xích được nốivới các nút Các mắt xích đại diện cho các ống, máy bơm, và van điều khiển Các nút đạidiện cho các mối nối, đài nước, và bể chứa Hình dưới đây minh họa các đối tượng này cóthể được nối với nhau như thế nào để tạo thành một mạng lưới

Hình 3.1 Các Thành Phần Cơ bản Trong Một Hệ Thống Phân Phối Nước Các Mối Nối

Các mối nối là những điểm trong mạng lưới nơi các mắt xích nối lại với nhau và nơinước đi vào hay ra khỏi mạng lưới Các số liệu đầu vào căn bản được đòi hỏi cho các mốinối là:

 độ cao bên trên một chuẩn nào đó (thường có nghĩa là mực nước biển trung bình)

 Nhu cầu nước (tốc độ rút nước từ mạng lưới)

24

 Chất lượng nước ban đầu.

Các kết quả đầu ra được tính toán cho các mối nối trong mọi khoảng thời gian mô phỏnglà:

 Cột áp thủy lực (năng lượng bên trong trên trọng lượng đơn vị của chất lỏng)

 áp lực

 Chất lượng nước

Các mối nối cũng có thể:

 Có nhu cầu thay đổi theo thời gian

 Có nhiều loại nhu cầu khác nhau ấn định cho chúng

 Có các nhu cầu âm chỉ ra rằng nước đang đi vào mạng lưới

 Chứa các emitter (hay bình phun (sprinkler) mà làm cho tốc độ dòng chảy ra phụthuộc vào áp lực

Bể Chứa

Bể chứa là những nút đại diện cho nguồn nước bên ngoài hay không xác định tớimạng lưới Chúng được sử dụng để lập mô hình cho những thứ như hồ, sông, các tầngngậm nước ngầm, và các tie-ins tới những hệ thống khác Các bể chứa cũng có thể đóngvai trò như là những điểm nguồn chất lượng nước

Các đặc điểm đầu vào đầu tiên cho bể chứa là cột áp thủy lực của nó (bằng với độ caomặt nước nếu bể chứa không có áp) và chất lượng ban đầu của nó cho phân tích chấtlượng nước

Vì bể chứa là một điểm ranh giới tới một mạng lưới, cột áp và chất lượng nước của nókhông thể bị ảnh hưởng bởi những gì xảy ra bên trong mạng lưới Do đó nó không có cácđặc điểm đầu ra theo tính toán Tuy nhiên cột áp của nó có thể được làm cho thay đổi

theo thời gian bằng cách ấn định một mô hình thời gian cho nó (xem Time Patterns (Các

Mô Hình Thời Gian bên dưới)

Đài Nước

Đài nước là các nút với khả năng lưu trữ, nơi lượng nước lưu trữ có thể thay đổi theothời gian trong mộtsự mô phỏng Các đặc điểm đầu vào ban đầu cho các đài nước là:

 độ cao đáy (nơi mực nước bằng không)

 đường kính (hay hình dạng nếu không phải hình trụ)

 Các mực nước ban đầu, trung bình hay tối đa

 Chất lượng nước ban đầu

Các đầu ra chính được tính theo thời gian là:

 cột áp thủy lực (độ cao mặt nước)

 chất lượng nước

Các đài nước đòi hỏi phải vận hành trong phạm vi mức tối thiểu và tối đa của chúng.EPANET ngưng dòng chảy ra nếu một đài nước ở mức tối thiểu của nó và ngưng dòngchảy vào nếu nó ở mức tối đa Các đài nước cũng có thể đóng vai trò như là các điểmnguồn chất lượng nước

Đoạn ống.

Đoạn ống được nối để vận chuyển nước từ một điểm trong mạng lưới đến một điểm khác.Epanet chấp nhận đầy đủ tất cả các đoạn ống ở tất cả thời điểm Hướng lưu lượng bắtđầu từ điểm có cột áp cao đến nơi có cột áp thấp Các số liệu thủy lực chủ yếu đặt vàotrong đoạn ống là:

 Nút dầu và nút cuối

 Đường kính ống

26

 Chiều dài

 Hệ số tổn thất áp lực trong ống

 Hiện trạng (mở, đóng hoặc chứa van)

Kết quả tính toán cho các ống bao gồm:

 Tốc độ dòng chảy

 Vận tốc

 Tổn thất cột áp

 Yếu tố ma sát Darcy-Weisbach

 Tốc độ phản ứng trung bình (trên chiều dài ống)

 Chất lượng nước trung bình (trên chiều dài ống)

Cột áp thủy lực bị thất thoát bởi nước chảy trong ống do ma sát với thành ống có thểđược tính toán sử dụng một trong ba công thức khác nhau:

 Công thức Hazen-Williams

 Công thức Darcy-Weisbach

 Công thức Chezy-Manning

Công thức Hazen-Williams là công thức tổn thất cột áp thường được sử dụng nhất tại Mỹ

Nó không thể được sử dụng cho các chất lỏng khác ngoài nước và ban đầu chỉ được pháttriển cho dòng chảy rối Công thức Darcy-Weisbach đúng nhất về mặt lý thuyết Nó được

áp dụng cho tất cả các chế độ dòng chảy và cho tất cả các chất lỏng Công thức Manning được sử dụng phổ biến hơn cho dòng chảy trong kênh mở

Chezy-Mỗi công thức sử dụng phương trình sau để tính toán tổn thất cột áp giữa nút đầu và nútcuối của ống:

hL = AqB

trong đó hL = tổn thất cột áp (m), q = tốc độ dòng chảy (Lượng nước/thời gian), A = hệ

số sức cản, và B = số mũ lưu lượng Bảng 3.1 liệt kê các biểu thức cho hệ số sức cản vàcác giá trị cho số mũ lưu lượng cho mỗi công thức Mỗi công thức sử dụng một hệ số độnhám ống khác nhau mà phải được xác định theo kinh nghiệm Bảng 3.2 liệt kê các phạm

vi chung của những hệ số này cho các loại vật liệu ống mới khác nhau Hãy chú ý rằng hệ

số độ nhám ống có thể thay đổi đáng kể theo tuổi

Với công thức Darcy-Weisbach EPANET sử dụng các phương pháp khác nhau để tính toányếu tố ma sát f tùy thuộc vào chế độ dòng chảy:

 Công thức Hagen-Poiseuille được sử dụng cho dòng chảy tầng (Re < 2.000)

 Con số xấp xỉ Swamee và Jain với phương trình Colebrook-White được sử dụng chodòng chảy rối (Re>4.000)

 Một phép nội suy (interpolation) khối từ Moody Diagram (Biểu Đồ) được sử dụngcho dòng chảy chuyển tiếp (2.000 < Re < 4.000)

Hãy tham khảo Phụ Lục D về các phương trình thực tế được sử dụng

Bảng 3.1 Các Công Thức Tổn Thất Cột Áp Ống Cho Lưu Lượng Đầy Đủ

f = yếu tố ma sát (phụ thuộc vào , d, và q)

Những thất thoát nhỏ

Những thất thoát cột áp nhỏ (xem thêm những thất thoát vị trí) bị gây ra bởi sự hỗnloạn thêm vào mà xảy ra tại các điểm uốn và mối nối Tầm quan trọng của việc bao gồm

những thất thoát như vậy phụ thuộc vào cách bố trí của mạng lưới và độ chính xác đòihỏi Chúng có thể được giải thích bằng cách gán cho ống một hệ số thất thoát nhỏ Sựthất thoát nhỏ trở thành sản phẩm của hệ số này và cột áp tốc độ của ống, có nghĩa là

hL = K2v g2

trong đó K = hệ số thất thoát nhỏ, v = tốc độ dòng chảy (m/s), và g = gia tốc trọngtrường Bảng 3.3 cung cấp các hệ số thất thoát nhỏ cho một số loại mối nối

Bảng 3.3 Hệ Số Thất Thoát Nhỏ Cho Một Số Loại Mối Nối Lựa Chọn

T chuẩn-dòng chảy qua ống 0,6

T chuẩn-dòng chảy quanhánh

1,8

30

Máy Bơm

Máy bơm là những mắt xích mà truyền năng lượng cho một chất lỏng qua đó nâng cột

áp thủy lực lên Các thông số đầu vào chính cho một máy bơm là các nút đầu và cuối của

nó và đường cong máy bơm của nó (kết hợp giữa cột áp và lưu lượng mà máy bơm cóthể tạo ra) Thay cho một đường cong máy bơm, máy bơm có thể được coi như là mộtthiết bị năng lượng không đổi, một thiết bị cung cấp một lượng năng lượng không đổi (mãlực hay kilowat) cho tất cả các kết hợp giữa lưu lượng và cột áp

Các thông số đầu ra chính là lưu lượng và cột áp tăng thêm Lưu lượng qua một máybơm là một chiều và EPANET sẽ không cho phép một máy bơm vận hành bên ngoài phạm

vi của đường cong máy bơm của nó

Các máy bơm có tốc độ thay đổi cũng có thể được xem xét bằng cách định rõ rằng giátrị (setting) tốc độ của chúng thay đổi trong cùng loại điều kiện Theo định nghĩa, đườngcong máy bơm ban đầu được cung cấp cho chương trình có một giá trị (setting) tốc độtương đối bằng 1 Nếu tốc độ máy bơm gấp đôi, thì giá trị (setting) tương đối sẽ là 2; nếuchạy với nửa tốc độ, thì giá trị (setting) tương đối bằng 0,5 v.v Việc thay đổi tốc độ bơmchuyển vị trí và hình dạng của đường cong máy bơm (xem Phần Đường Cong Máy Bơmbên dưới)

Như với các ống, máy bơm có thể được bật và tắt vào những thời gian được địnhtrước hay khi một số điều kiện nhất định tồn tại trong mạng lưới Sự vận hành của mộtmáy bơm cũng có thể được mô tả bằng cách ấn định cho nó một kiểu thời gian với nhữnggiá trị (setting) tốc độ tương đối EPANET cũng có thể tính toán sự tiêu thụ năng lượng vàchi phí máy bơm Mỗi máy bơm có thể được ấn định một đường cong hệ số và thời gianbiểu giá năng lượng Nếu chúng không được cung cấp thì một tập hợp các lựa chọn nănglượng sẽ được sử dụng

Lưu lượng qua bơm là một chiều Nếu các điều kiện hệ thống đòi hỏi nhiều cột áp hơnmáy bơm có thể tạo ra, EPANET sẽ đóng máy bơm lại Nếu nhiều hơn lưu lượng tối đađược đòi hỏi, EPANET ngoại suy đường cong máy bơm tới lưu lượng theo yêu cầu, ngay

cả khi điều này tạo ra một cột áp âm Trong cả hai trường hợp một thông điệp khuyếncáo sẽ được đưa ra

 Van ngắt áp (pressure breaker) (PBV)

 Van kiểm soát lưu lượng (FCV)

 Van kiểm soát tiết lưu (TCV)

 mở hoàn toàn nếu áp lực đầu dòng thấp hơn giá trị (setting)

 đóng nếu áp lực ở phía cuối dòng vượt quá áp lực ở phía đầu dòng

32

Các PSV duy trì một áp lực ấn định tại một điểm cụ thể trong mạng lưới ống EPANETtính toán là một PSV có thể ở đâu trong ba trạng thái khác nhau:

 Mở một phần (có nghĩa là tích cực) để duy trì giá trị (setting) áp lực của nó ở phíađầu dòng của nó khi áp lực cuối dòng thấp hơn giá trị này

 mở hoàn toàn nếu áp lực cuối dòng cao hơn giá trị (setting)

 đóng nếu áp lực ở phía cuối dòng vượt quá áp lực ở phía đầu dòng (có nghĩa làdòng chảy ngược không được phép)

PBV buộc một sự thất thoát áp lực xác định xảy ra qua van Dòng chảy qua van có thểtheo một trong hai hướng PBV không phải là thiết bị cơ bản thực sự nhưng có thể được

sử dụng để lập mô hình các tình huống mà ở đó một sự sút giảm áp lực cụ thể được biết

Các TCV mô phỏng một van đóng một phần bằng cách điều chỉnh hệ số tổn thất cột

áp nhỏ của van Một mối quan hệ giữa mức độ đóng của van và hệ số tổn thất cột áp kéotheo thường sẵn có từ nhà sản xuất van

GPV được sử dụng để đại diện cho một mắt xích nới người sử dụng cung cấp một lưulượng đặc biệt-mối quan hệ tổn thất cột áp thay vì theo một trong những công thức thủylực chuẩn Chúng có thể được sử dụng để lập mô hình các tuốcbin, các van ngăn dòngchảy ngược

Các van ngắt (cổng) và van kiểm tra (không chảy ngược), mà mở hay đóng ống hoàntoàn, không được coi là các mắt xích van riêng rẽ mà thay vào đó được bao gồm như mộtđặc điểm của ống nơi chúng được đặt

Mỗi loại van có một loại thông số giá trị (setting) khác nhau mà mô tả điểm vận hànhcủa nó (áp lực cho các PRV, PSV, và PBV; lưu lượng cho các FCV; hệ số tổn thất cho cácTCV, và đường cong tổn thất cột áp cho các GPV).

Các van có thể có tình trạng kiểm soát bị gối lên nhau khi ta định rõ là chúng hoàntoàn mở hay hoàn toàn đóng Tình trạng của van và giá trị (setting) của nó có thể đượcthay đổi trong một sự mô phỏng bằng cách sử dụng các trạng thái kiểm soát

Do cách lập mô hình van mà các quy tắc sau đây được áp dụng khi thêm vào mộtmạng lưới:

 một PRV, PSV hay FCV có thể được nối trực tiếp vào một bể chứa hay đài nước (sửdụng một chiều dài ống để tách hai vật ra)

 các PRV không thể chia sẻ cùng một mắt xích cuối dòng hay nối vào một chuỗi

 hai PSV không thể chia sẻ cùng một mắt xích cuối dòng hay nối vào một chuỗi

 một PSV không thể được nối vào nút cuối dòng của một PRV

3.2 Các Thành Phần không Cơ bản

Ngoài các thành phần cơ bản, EPANET còn áp dụng ba loại đối tượng thông đường cong, mô hình, kiểm soát-mà mô tả hành vi và các khía cạnh vận hành của một hệthống phân phối

tin-Đường Cong

Đường cong là các đối tượng có chứa các cặp số liệu chỉ mối quan hệ giữa hai lượng.Hai đối tượng hay hơn có thể chia sẻ cùng một đường cong Một mô hình EPANET có thể

sử dụng các loại đường cong sau:

 Đường Cong Máy Bơm

 Đường Cong Tính Hiệu Quả

34

 Đường Cong Dung Tích

 Đường Cong Tổn Thất Cột Áp

Đường Cong Máy Bơm

Một Đường Cong Máy Bơm đại diện cho mối quan hệ giữa cột áp và tốc độ dòng chảy màmột máy bơm có thể tạo ra tại giá trị (setting) tốc độ danh nghĩa của nó Cột áp là cột áptăng thêm cho nước bởi máy bơm và được vẽ trên trục tung (Y) của đường cong tínhbằng ft (mét) Tốc độ dòng chảy được vẽ trên trục hoành (X) của đường cong tính bằngđơn vị lưu lượng Một đường cong máy bơm hợp lý phải có cột áp giảm dần với lưu lượngtăng dần

EPANET sẽ sử dụng một hình dạng đường cong máy bơm khác tùy thuộc vào số điểmđược cung cấp (xem Hình 3.2):

Hình 3.2 Ví Dụ Các Đường Cong Máy Bơm

Đường cong một điểm-Một đường cong máy bơm một điểm được xác định bởi một kếthợp cột áp-lưu lượng riêng rẽ đại diện cho một điểm vận hành mong muốn của máy bơm.EPANET thêm hai điểm nữa vào đường cong bằng cách giả định một cột áp đóng tại lưulượng zero bằng 133% cột áp thiết kế và một lưu lượng tối đa với cột áp zero bằng hailần lưu lượng thiết kế Khi đó nó xử lý đường cong như là đường cong ba điểm

Đường cong ba điểm Một đường cong máy bơm ba điểm được xác định bởi ba điểm vậnhành: một điểm lưu lượng thấp (lưu lượng và cột áp trong điều kiện lưu lượng thấp haybằng zero), một điểm lưu lượng thiết kế (lưu lượng và cột áp tại điểm vận hành mongmuốn), và một điểm lưu lượng tối (lưu lượng và cột áp với lưu lượng tối đa) EPANET cốgắng khớp vào một hàm liên tục của biểu

Đối với các tốc độ máy bơm thay đổi, đường cong máy bơm dịch chuyển khi tốc độ thayđổi Các mối quan hệ giữa lưu lượng (Q) và cột áp (H) ở các tốc độ N1 và N2 là

Đường Cong Tính Hiệu Quả

36

Một Đường cong tính hiệu quả xác định tính hiệu quả của máy bơm (Y tính bằng tỉ lệphần trăm) như một hàm của tốc độ dòng chảy máy bơm (X tính bằng đơn vị lưu lượng).Một ví dụ đường cong tính hiệu quả được biểu diễn trong Hình 3.3 Tính hiệu quả phải đạidiện cho tính hiệu quả dây-tới-nước (wire-to-water) mà có tính đến những thất thoát cơkhí trong bản thân máy bơm cũng như những thất thoát về điện trong môtơ máy bơm.Đường cong chỉ được sử dụng cho những tính toán năng lượng Nếu không được cungcấp cho một máy bơm cụ thể thì tính hiệu quả máy bơm toàn thể cố định sẽ được sửdụng.

Hình 3.3 Đường Cong Tính Hiệu Quả Máy Bơm

Đường Cong Dung Tích

Một Đường cong dung tích xác định dung tích lưu trữ (Y tính bằng ft khối hay mét khối )thay đổi như một hàm của mức nước (X tính bằng ft hay mét) Nó được sử dụng khi cầnphải mô tả chính xác các đài nước mà diện tích mặt cắt thay đổi theo độ cao Những mứcnước trên và dưới được cung cấp cho đường cong phải chứa những mức trên và dưới màđài nước vận hành trong đó Một ví dụ về đường cong dung tích đài nước được cho dướiđây

Hình 3.4 Đường Cong Dung Tích Đài Nước

Đường Cong Tổn Thất Cột Áp

Một Đường Cong Tổn Thất Cột Áp được sử dụng để mô tả tổn thất cột áp (Y tínhbằng ft khối hay mét khối) thông qua van mục đích chung (GPV) như một hàm của tốc độdòng chảy (X tính bằng đơn vị lưu lượng) Nó cung cấp khả năng lập mô hình các thiết bị

và các tình huống với những mối quan hệ tổn thất cột áp-lưu lượng duy nhất, chẳng hạnnhư các van giảm lưu lượng-ngăn ngừa dòng chảy ngược, tuôcbin, và hành vi tốc độ hạthấp mực nước giếng (well draw-down behaviour)

Các Kiểu Thời Gian

Kiểu thời gian là một tập hợp các số nhân mà có thể được áp dụng cho một lượng đểcho phép nó thay đổi theo thời gian Các nhu cầu nút, cột áp bể chứa, thời gian biểu máybơm, và các thông số đầu vào của nguồn chất lượng nước có thể có tất cả các kiểu thờigian liên quan tới chúng Khoảng thời gian được sử dụng trong tất cả các kiểu là một giátrị cố định, được ấn định với các Lựa Chọn Thời Gian của project (Xem Phần 8.1) Trongkhoảng cách này một lượng vẫn nằm ở một mức không đôi, bằng với sản phẩm có giá trịdanh nghĩa của nó và số nhân của kiểu cho khoảng thời gian đó Mặc dù tất cả các kiểuthời gian phải sử dụng cùng một kiểu thời gian, mỗi kiểu có thể có một số khoảng thờigian khác nhau Khi đồng hồ mô phỏng vượt quá số khoảng thời gian trong một kiểu, thìkiểu đó sẽ bao quanh khoảng thời gian đầu tiên của nó một lần nữa

38

Như một ví dụ về việc các kiểu thời gian làm việc như thế nào hãy xem xét một nút mốinối với một nhu cầu trung bình bằng 10 gpm Hãy giả sử rằng khoảng cách của kiểu thờigian đã được ấn định là 4 giờ và một kiểu với những số nhân sau đây đã được định rõcho nhu cầu tại nút này:

Khi đó trong khi mô phỏng nhu cầu thực tế tại nút này sẽ như sau:

Khoảng thời gian 0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 20-24 24-28

Kiểm Soát (Controls)

Kiểm soát những báo cáo mà xác định mạng lưới vận hành như thế nào theo thờigian Chúng định rõ tình trạng của các mắt xích được chọn như một hàm thời gian, mứcnước của đài nước, và áp lực tại những điểm đã chọn trong mạng lưới Có hai loại kiểmsoát có thể được sử dụng:

 Kiểm Soát Đơn Giản (Simple Control)

 Kiểm Soát Dựa Trên Quy Tắc (Rule-Based Control)

Kiểm Soát Đơn Giản (Simple Control)

Kiểm Soát Đơn Giản (Simple Control) làm thay đổi trạng thái hay giá trị (setting) của mộtmắt xích dựa trên:

 mức nước trong một đài nước

 áp lực tại một mối nối,

 thời gian vào sự mô phỏng,

 thời gian trong ngày