Nghiên cứu giải pháp phát hiện rò rỉ trong mạng lưới cấp nước bằng phần mềm WaterGems kết hợp dữ liệu hiện trường

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM - oOo VÕ ANH TUẤN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHÁT HIỆN RÒ RỈ TRONG MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC BẰNG PHẦN MỀM WATERGEMS KẾT HỢP DỮ LIỆU HIỆN TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Mã số ngành : 60580202 LUẬN VẤN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 01/2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Quang Trưởng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: TS Lưu Xuân Lộc (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: PGS TS Võ Khắc Trí (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 18 tháng 01 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang PGS.TS Võ Khắc Trí TS Lưu Xuân Lộc TS Lê Đình Hồng TS HỒ Tuấn Đức Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang TRƯỞNG KHOA PGS TS Nguyễn Minh Tâm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ ANH TUẤN MSHV: 13020853 Ngày, tháng, năm sinh: 24/03/1988 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60580202 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu giải pháp phát rò rỉ mạng lưới cấp nước phần mềm WaterGems kết họp liệu trường II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Đánh giá trạng thất thoát nước địa bàn Tp.HCM biện pháp thực để giảm rò rỉ - Xây dựng phương pháp cách thức để phát rò rỉ mơ hình thủy lực dựa báo nghiên cứu ngồi nước Trích xuất sở liệu thông tin địa lý GIS để xây dựng mơ hình thủy lực - Tiến hành thu thập liệu trường để hiệu chỉnh mơ hình - Cân chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực để xác định rò rỉ III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/01/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/01/2016 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Nguyễn Quang Trưởng Tp HCM, ngày tháng năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TS Nguyễn Quang Trưởng PGS.TS Nguyễn Thống TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS TS Nguyễn Minh Tâm LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận văn này, trước hết tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Quang Trưởng định hướng hướng dẫn em suốt thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cám ơn tất quý thầy cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, đặc biệt thầy cô giảng dạy thuộc Bộ môn Tài Nguyên Nước, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Tất kiến thức, kinh nghiệm thầy cô truyền đạt suốt q trình học góp ý q báu thầy cô luận văn hành trang quý giá cho suốt trình học tập, nghiên cứu cơng tác sau Xin chân thành cám ơn tất người bạn lớp K2013 tận tình giúp đỡ tơi suốt trình học tập thời gian làm luận văn, bạn đóng góp kinh nghiệm q báu động lực để tơi hoàn thành tốt luận văn Xin cám ơn ban lãnh đạo công ty cổ phần cấp nước Gia Định, Phòng Kỹ thuật, tổ chức Vitens Evides, người bạn, người anh đồng nghiệp, tạo điều kiện hỗ trợ cho tơi suốt q trình học tập vừa qua Cuối cùng, xin cám ơn người thân gia đình, người bạn thân tơi ln bên cạnh, quan tâm, động viên giúp đỡ vượt qua khó khăn, trở ngại để hồn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 01 năm 2016 iii TÓM TẮT Mạng lưới cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh xây dựng khai thác khoảng thời gian dài Một số tuyến ống lắp đặt trước năm 1975 trải qua nhiều năm sử dụng trở nên cũ mục, chí xì bể gây thất nước q trình chuyển tải đến hộ dân Do vấn đề thất thoát nước vấn đề lớn Công ty cấp nước Nhiều biện pháp mặt quản lý kỹ thuật sử dụng để giảm tỷ lệ thất nước kể đến như: chia nhỏ mạng lưới để dễ quản lý, thay dần đoạn ống bị xì bể, sử dụng thiết bị để dò tìm rò rỉ Từ nhũng vấn đề thực tiễn nêu trên, mục tiêu luận văn xây dựng giải pháp để định vị rò rỉ phần mềm mơ thủy lực WaterGems nhằm giảm lượng nước thất thoát trình phân phối Các nội dung nghiên cứu luận văn tóm tắt sau : ± Đánh giá trạng thất thoát nước địa bàn Tp.HCM biện pháp thực để giảm rò ri Xây dựng phương pháp cách thức để phát rò ri mơ hình thủy lực dựa báo nghiền cứu ngồi nước 4- Trích xuất sở liệu thơng tin địa lý GIS để xây dựng mơ hình thủy lực 4- Tiến hành thu thập liệu trường để so sánh, đối chiếu với mơ hình 4- Cân chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực để xác định rò ri iv ABSTRACT The water supply network in Ho Chi Minh City has been built and operated for a long time Many pipelines installed before 1975 and over the years become old and decayed, even though cause leakage during transport to the households Hence the problem of water loss is a major problem of Water Supply Company Many methods of management and techniques have been used to reduce water leakage rate for example: split the water nerwork, pipelines rehabilitation, use equipment to detect leakage From the practical issue above, the target of this thesis is to develop a solution to pinpoint leak detection by using hydraulic model software WaterGems to reduce water loss during distribution The main research contents of the thesis are summarized as follows : ■4- Assess the situation of the current water loss in HCMC and some methods to reduce leakage i- Build a method to detect water leakage by using WaterGems based on research papers 4- Exttact database geographic information GIS to build hydraulic model 4- Collect field data to compare with model 4- Calibrate and validate hydraulic model V LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Ngoại trừ nội dung trích dẫn, số liệu kết trình bày luận văn hồn tồn xác, trung thực chưa công bố cơng trình trước Tp HCM, ngày 08 tháng 01 năm 2016 Học viên Võ Anh Tuấn vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TÁT ABSTRACT LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIÊU DANH MỤC HÌNH, BIÊU ĐỒ CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Nội dung thực 1.5 Đóng góp dự kiến luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Các yếu tố cấu thành nước không doanh thu (NRW) 2.1.1 Định nghĩa 2.1.2 Cách tính lượng nước khơng doanh thu 2.1.3 Các phương pháp giảm nước thất thoát vật lý ố 2.2 Rò rỉ vật lý ttong ttong mạng lưới cấp nước 2.2.1 Nguyên nhân 2.2.2 Lý thuyết rò rỉ 2.3 Lý thuyết thủy lực 2.3.1 Dòng chảy ổn định 2.3.2 Phương trình liên tục ttong mạng lưới đường ống: 2.3.3 Định luật bảo tồn lượng, phương trình Bernoulli 2.3.4 Tổn thất thủy lực 10 2.4 Hệ thống thông tin mạng lưới cấp nước (GIS) 11 2.4.1 Giới thiệu hệ thống thông tin mạng lưới cấp nước 11 2.4.2 Các lớp liệu thuộc tính cấp nước 12 2.5 Các nghiên cứu nước 13 2.5.1 Tình hình nghiên cứu nước 13 2.5.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 14 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 3.1 Phương pháp thu thập liệu 19 3.1.1 Lựa chọn vị trí quan trắc liệu 19 3.1.2 Thao tác xả nước trụ cứu hỏa 19 3.2 Phương pháp hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 20 3.3 Thuật toán giải thuật di truyền 21 3.3.1 Tổng quan 21 3.3.2 ứng dụng thuật toán di truyền toán cân chỉnh mạng lưới 22 3.4 Giới thiệu phần mềm mô thủy lực WaterGems 24 3.4.1 Giới thiệu 24 3.4.2 Ưu điểm khả mơ rò rỉ phần mềm 24 3.5 Quy trình mơ thủy lực 26 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU 28 4.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 28 4.1.1 Tổng quan 28 4.1.2 Mạng lưới đường ống 29 4.1.3 Nhu cầu sử dụng nước 31 4.2 Xử lý số liệu 32 4.2.1 Áp lực lưu lượng 32 4.2.2 Hệ số dùng nước 33 4.3 Các thông chuẩn bị cho mơ hình thủy lực 36 4.3.1 Mạng lưới đường ống (đường kính, hệ số nhám) 36 4.3.2 Cao độ 37 4.3.3 Lưu lượng nút 37 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 5.1 Phát triển mơ hình 38 5.1.1 Xây dựng mơ hình: 38 5.1.2 Gán lưu lượng rò rỉ vào nút 40 5.1.3 Hiệu chỉnh mơ hình: 45 5.1.4 Kiểm định mơ hình: 49 5.1.5 Bài tốn dò tìm rò rỉ 55 5.2 Thảo luận 58 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 6.1 Kết luận 60 6.2 Kiến nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 IX Nhận xét: sau khỉ cân chỉnh c mơ hình cho kết tương đối tốt, chênh lệch áp ỉực tính tốn quan ưắc khoảng từ 0.2 -0.3m Vì ta tiếp tục sử dụng hệ số c cân chỉnh để kiểm định mơ hình 5.1.4 Kiểm định mơ hình: Tính tốn tương tự thơng số ngày 19/8/2015 Sử dụng thông số ngày 10/9/2015 để kiểm định mơ hình Bảng 5.2 Bộ sổ liệu kiểm định ngày 10/9/2015 Giờ 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 ĐTH ĩ ĐTH2 m3/h 211.7 210.9 206.8 202.6 2023 220.6 228.8 227.3 227.5 227.5 227.7 226.7 226.4 226.6 227.2 227.1 225.4 230.2 226.5 230.6 223.7 215.5 210.6 214.2 m3/h 112.70 108.40 103.20 105.00 109.20 119.30 124.00 11900 121.00 11930 116.90 119.40 11830 120.70 12070 12030 120.70 123.80 120.40 12070 119.40 117.10 11200 11470 ĐTH1-ĐTH2 m3/h 99.00 102.50 103.60 97.60 93.10 101.30 104.80 108.30 106.50 108.20 110.80 107.30 108.10 105.90 106.50 106.80 104.70 10640 106.10 109.90 104.30 98.40 98.60 99.50 ẢplựcĐTHl NRW m 14.21 16.25 17.54 1829 17.75 16.75 11.63 10.38 10.42 1042 10.63 10.71 11 17 1208 12.79 1288 11.38 9.63 8.63 8.58 8.79 9.58 9.58 11.83 m3/h 49.77 56.92 61.45 64.08 62.18 58.68 40.72 3634 36.49 36.49 37.22 37.51 39.12 42.33 44.81 4510 39.85 33.72 3021 30.07 30.80 33.57 33.57 41.45 48 Pattern NRW Tiêu thụ Pattern sinh hoạt 1.168 1.336 1.442 1504 1.460 1.377 0.956 0.853 0.857 0.857 0.874 0.880 0.918 0.994 1.052 1.059 0.935 0.791 0.709 0.706 0.723 0.788 0.788 0.973 m3/h 49.229 45.576 42.150 33523 30.922 42.625 64.078 71.956 70.009 71.709 73.581 69.790 68.982 63.573 61.690 61.699 64.853 72.684 75.887 79.834 73.502 64.831 65.031 58.049 0.801 0.741 0.685 0.545 0.503 0.693 1.042 170 139 1.166 1.197 1.135 1.122 1.034 1.003 1.003 1.055 1.182 1.234 1298 1.195 1.054 1.058 0.944 Khai báo lại hệ sô Pattern Hourly Hydraulic Pattern DUTH_OW3NL2KŨ Hourlv H'/dr-aulic Pattern BA5E3N12KD 1.050 J i.ooo O 0.9EO 0.9QQ DaŨOŨ 5.000 LO.ŨOC 1S.OOO 20.CDŨ Time (hourí) Time (hours) Hệ số dùng nước sinh hoạt Hệ số dòng chảy Houdy Reserụoii Pattern NRW3N12KD Hệ sơ rò rỉ ể Kết kiểm định _ £ TT* _ Ạ V ? Cửa sổ khai báo Pattern 49 ỉotbniiur r