Huong dan su dung epanet tong quyet

phần mềm làm đồ án mạng cấp nước

Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 1 PHÂN TÍCH MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC BẰNG CHƯƠNG TRÌNH EPANET CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU EPANET 1.1. EPANET là gì? EPANET là chương trình tính toán mạng lưới cấp nước, có khả năng mô phỏng thuỷ lực và chất lượng nước theo thời gian. EPANET mô phỏng mạng lưới cấp nước bao gồm các đoạn ống, các nút, các máy bơm, các van, các bể chứa và đài nước, tính được lưu lượng trên mỗi đoạn ống, áp suất t ại các nút, chiều cao nước ở từng bể chứa, đài nước, nồng độ của các chất trên mạng theo thời gian làm việc mô phỏng của mạng lưới. EPANET chạy trên nền Windows, tạo được một môi trường hoà hợp cho việc vào dữ liệu của mạng, chạy mô hình mô phỏng quá trình thuỷ lực và chất lượng nước, quan sát kết quả theo nhiều cách khác nhau. 1.2. Khả năng mô phỏng thuỷ lực (Hydraulic Modeling Capabilities) Mô hình mô phỏng thuỷ lực chính xác là điều kiện tiên quyết cho sự mô phỏng chất lượng nước một cách hiệu quả. EPANET chứa các công cụ phân tích thuỷ lực rất mạnh, có các khả năng sau: - Có thể phân tích được mạng lưới cấp nước không giới hạn về quy mô. - Tính toán tổn thất ma sát thuỷ lực theo cả ba công thức: Hazen-Williams, hoặc Darcy-Weisbach, hoặc Chezy-Manning. - Tính được cả các t ổn thất cục bộ ở các đoạn cong, đoạn ống nối, - Mô hình hoá máy bơm với số vòng quay cố định hoặc thay đổi. - Tính được năng lượng bơm và giá thành bơm nước. - Mô phỏng các loại van khác nhau như van đóng (Shutoff), van kiểm tra (Check), van điều chỉnh áp suất (Pressure regulating), và van điều chỉnh lưu lượng (Flow control). - Cho phép mô phỏng bể chứa nước có nhiều hình dạ ng khác nhau (đường kính có thể thay đổi theo chiều cao). - Tính đến sự biến đổi nhu cầu nước tại các nút, mỗi nút có thể có một biểu đồ dùng nước riêng. - Mô hình hoá lưu lượng dòng chảy phụ thuộc áp suất từ các nút theo kiểu vòi phun (Sprinkler heads). - Có thể cho hệ thống làm việc khi mực nước trong các bể ứng với các trường hợp: không biến đổi (Simple tank), thay đổi theo thời gian (Timer controls), hoặc điều khi ển theo quy tắc phức tạp (Complex rule-based controls). 1.3. Khả năng mô phỏng chất lượng nước (Water Quality Modeling Capabilities) Ngoài việc mô hình hoá thuỷ lực, EPANET cho phép mô hình hoá chất lượng nước với các khả năng sau: - Mô hình hoá sự chuyển động của chất không phản ứng trong mạng. Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 2 - Mô hình hoá chuyển động và sự biến đổi của các chất có phản ứng trong mạng như sự gia tăng (ví dụ như sản phẩm khử trùng) hoặc sự suy giảm (như dư lượng Clo) theo thời gian. - Mô hình hoá thời gian lưu nước trong khắp mạng. - Theo dõi được phần trăm lưu lượng nước từ một nút cho trước đến các nút khác theo thời gian. - Mô hình hoá phản ứ ng cả trong dòng chảy (Bulk Flow) lẫn trên thành ống (Pipe Wall). - Sử dụng động học bậc 'n' để mô hình hoá phản ứng trong dòng chảy. - Sử dụng động học bậc '0' hoặc bậc nhất để mô hình hoá phản ứng tại thành ống. - Kể đến việc cản trở sự vận chuyển nước khi mô hình hoá phản ứng tại thành ống. - Cho phép các phản ứng gia tăng hoặc suy giả m đến một nồng độ giới hạn. - Sử dụng các hệ số mức phả`n ứng chung, tuy nhiên cũng có thể thay đổi riêng cho từng đoạn ống. - Cho phép hệ số phản ứng của thành ống liên hệ được với độ nhám của ống. - Cho phép nồng độ hoặc khối lượng vật chất biến đổi theo thời gian đưa vào một vị trí bất kỳ trong mạng. - Mô hình hoá các bể chứa như là bể phản ứng với các kiểu trộn khác nhau. Với các đặc điểm như vậy, EPANET có thể xem xét được các vấn đề về chất lượng nước như: - Sự pha trộn nước từ các nguồn khác nhau; - Thời gian lưu nước trong hệ thống; - Sự suy giảm dư lượng Clo; - Sự gia tăng các sản phẩm khử trùng; - Theo dõi sự lan truyền các chất ô nhiễm. 1.4. Các bước sử dụng EPANET (Steps in Using EPANET) Việc áp dụng chương trình EPANET để mô phỏng một hệ thống cấp nước được thực hiện theo các bước cơ bản dưới đây: 1) Vẽ sơ đồ biểu diễn mạng cấp nước (Adding Objects). 2) Biên tập các thuộc tính của các đối tượ ng của mạng (Editing Objects). 3) Mô tả hệ thống làm việc như thế nào: các đường quan hệ (Curves), các mẫu hình thời gian (Time Patterns), các lệnh điều khiển (Controls). 4) Chọn các chức năng phân tích (Setting Analysis Options) để đặt các thuộc tính cho các đối tượng về các mặt: thuỷ lực, chất lượng, phản ứng, thời gian, năng lượng, . 5) Chạy chương trình để phân tích thuỷ lực hoặc chất lượng n ước (Running an Analysis). 6) Xem kết quả (Viewing Results). Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 3 CHƯƠNG 2. HƯỚNG DẪN NHANH CÁCH SỬ DỤNG EPANET 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 mạ ng 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 (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 Nút Độ cao (m) Nhu cầu cơ bản (l/s) 1 210 0 2 210 0 3 220 9 4 210 9 5 200 13 6 210 9 7 210 0 Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 4 8 250 0 Bảng 2.1. Ví dụ các thuộc tính đường ống của mạng lưới Ống Chiều dài (m) Đường kính (mm) Hệ số nhám n 1 900 350 0,014 2 1500 300 0,014 3 1500 200 0,014 4 1500 200 0,014 5 1500 200 0,014 6 2100 250 0,014 7 1500 150 0,014 8 2100 150 0,014 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. 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 hi ện 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 từ 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). Hình 2.2. Hộp thoại Project Defaults Sau đó chọn trang Hydraulics của hộp thoại và chọn đơn vị đo lưu lượng (Flow Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 5 Units) là LPS (liters per second, l/s). Khi đó, 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 dướ i đáy hộp thoại trước khi chấp nhận nó bằng việc nhấn nút OK. Tiếp theo chúng ta sẽ chọn vài chức năng hiển thị sơ đồ mạng lưới để khi chúng ta 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 hi ện 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, chúng ta phải đảm bảo rằng các cài đặt tỉ 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 thướ c 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). Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 6 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 vào nút 6. Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 7 Cuối cùng thêm máy bơm vào. Nhấp nút Pump , rồi nhấp 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 b ạn 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. Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 8 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. Bây giờ chúng ta nhập cao độ và nhu cầu nước 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. Chúng ta cũng có thể nhấn phím Page Down hay Page Up để di chuyển tớ i 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; nhậ p 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 Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 9 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 nế u ta không cung cấp. Designer by : Tống Đình Quyết _ s7_ 46H_ ĐHTL cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 10 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 chọ n 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) T ạo 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. . : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 1 PHÂN TÍCH MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC BẰNG CHƯƠNG TRÌNH EPANET CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU EPANET 1.1. EPANET là gì? EPANET. truyền các chất ô nhiễm. 1.4. Các bước sử dụng EPANET (Steps in Using EPANET) Việc áp dụng chương trình EPANET để mô phỏng một hệ thống cấp nước được thực