CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
2.3. Cơ sở khoa học
2.3.2. Xây dựng hệ thống cấp nước trên mô hình Epanet
Thể hiện hệ thống cấp nước lên mô hình : Là thể hiện mạng lưới đường ống, các nút, bể chứa, trạm bơm, van...Ta dùng phần mềm hỗ trợ EpaCad để thực hiện công việc này bằng cách : Khi có mạng lưới đường ống cấp nước thể hiện bằng nét vẽ Polyline trên file (.DWG) phần mềm Autocad, ta xuất file lưu lại thành file (.DXF).
Phần mềm EpaCad chỉ mở được file (.DXF), sau khi mở file ta lựa chọn tên Layer thể hiện mạng lưới đường ống trên file (.DXF) và kiểu thể hiện nút giữa các đường ống (Epacad sẽ mặc định chuyển đổi các nét vẽ Polyline thể hiện thành các đường ống trên Epanet, các Vertex trên Polyline sẽ là các nút). Hình 2.2 & 2.3 lần lượt trước và sau khi dùng phần mềm Epacad để thực hiện. Tiếp theo là thể hiện trực tiếp các công trình còn lại trên hệ thống cấp nước : bể chứa, trạm bơm, van,....lên Epanet để hoàn thành hệ thống cấp nước trên phần mềm Epanet.
HVTH: PHAN THÁI LÊ 45 Lớp : 25CTN11 - CS2 Hình 2.2. Mạng lưới đường ống thể hiện trên file (.DWG)
Hình 2.3. Hệ thống cấp nước trên mô hình Epanet
HVTH: PHAN THÁI LÊ 46 Lớp : 25CTN11 - CS2 Chọn công thức tính toán và đơn vị tính
toán : Epanet sử dụng 2 hệ đơn vị, hệ Anh Mỹ (US Customary units) và hệ mét tiêu chuẩn (SI Metric units). vì vậy trước khi biểu diễn mạng lưới cấp nước cần đưa các kích thước và đơn vị về mét tiêu chuẩn và chọn công thức tính toán tổn thất ma sát thủy lực theo công thức Hazen - Williams, phổ biến cho dòng chảy có áp (Đoàn Thu Hà,2007). Tại tab
Defaults Hydraulics, mục Flow Units ta chọn LPS ( đơn vị L/s ), mục Headloss Fomula ta chọn H-W (Hazen - Williams).
Khai báo tất cả các dữ liệu đầu vào : Những thông số dữ liệu đầu vào là những thông số được xác định thực tế hoặc tính toán để khai báo vào mô hình. Các dữ liệu đầu vào bao gồm :
Dữ liệu đầu vào đường ống (Pipes) : (Length) chiều dài các đường ống, (Diameter) đường kính ống, đã nêu và thể hiện trên bản vẽ đính kèm Phụ Lục 5, tại Phần C mục 2.2.2., (Roughness) hệ số nhám , xác định hệ số nhám phụ thuộc vào việc lựa chọn công thức tính toán tổn thất dọc đường Epanet đã nêu trên (Hazen - Williams) và = 80 đến 150 còn phụ thuộc vào tình trạng ống, ống càng tốt thì giá trị càng lớn, Hình 2.4.
(Nguyễn Thu Hiền,2017), (Loss Coeff) các dạng
tổn thất cục bộ trên đường ống : tổn thất qua Tê, van, Khủy,....là các dạng tổn thất nhỏ trong mạng lưới nên luận văn tạm bỏ qua không khai báo. Thống kê chiều dài, đường kính, vật liệu, hệ số nhám các đoạn ống thể hiện chi tiết Phụ Lục 6.
HVTH: PHAN THÁI LÊ 47 Lớp : 25CTN11 - CS2 Bảng 2.4. Xác định Roughness, hệ số nhám Epanet
Dữ liệu đầu vào nút (mối nối), Junction : (Elevation) cao độ nút, cao độ được xác định tương đối dựa trên bản đồ cao độ thành phố Đà Nẵng, Hình 2.4. (UBND thành phố Đà Nẵng, 2010). (Demand Pattern) mẫu hình thời gian sử dụng nước không điều hòa theo giờ trong ngày và (Base Demand) nhu cầu lưu lượng cơ bản tại nút được tính toán xác định dựa trên (TCVN 33:2006) và Hướng dẫn mạng lưới cấp nước (Nguyễn Thị Hồng, 2008).
Hình 2.4. Bản đồ cao độ của thành phố Đà Nẵng
Vật liệu ống Chw e (mm) n
Ống nhựa PVC 150 0,015 0,009
Sắt uốn, thép hàn mới, ống láng xi 140 0,15 - 0,2 0,010
Gang mới, thép đúc mới 130 0,2 - 0,3 0,012
Bê tông cốt thép 120 0,3 - 0,4 0,014
Thép tán mới 110 0,4 - 0,5 0,016
Gang, thép cũ, sành 100 0,4 - 0,6 0,017
Gang bị mòn, rỗ 80 0,035
Độ nhám, hệ số Hazen - Williams và Manning
HVTH: PHAN THÁI LÊ 48 Lớp : 25CTN11 - CS2 Xác định hệ số không điều hòa K giờ : ờ = ∗ = 1,25 * 1 = 1,25
= 1,25 (phụ thuộc mức độ tiện nghi công trình, điều kiện địa phương, theo TCVN 33:2006 thì = 1,2 - 1,5, đô thị có nền văn minh càng cao, các thành phố lớn trực thuộc trung ương như Đà Nẵng thì càng thấp).
= 1 (phụ thuộc số dân trong đô thị, thành phố Đà Nẵng > 1 triệu dân, lấy theo bảng 3.2 (TCVN 33:2006).
Với ờ = 1,25, tổng nhu cầu dùng nước tại thành phố Đà Nẵng năm 2020 đã nêu ở bảng 2.3, mục 2.2.3, tham khảo thêm một số tài liệu thực tế về chế độ dùng nước tại thành phố Đà Nẵng, tra phụ lục 4 chế độ dùng nước theo từng giờ trong ngày tương ứng với hệ số dùng nước không điều hòa giờ tính bằng % lưu lượng ngày đêm (Nguyễn Thị Hồng,2008), ta tính toán được lưu lượng nước dùng theo giờ trong ngày và % à đê . % à đê lớn nhất là giờ dùng nước lớn nhất trong ngày (8h - 9h) sẽ tương ứng với hệ số Pattern = 1, các giờ còn lại hệ số Pattern nhu cầu tính toán theo quy tắc tam xuất. Kết quả tính toán thể hiện tại Phụ Lục 7, Tại Tab Pattern Edittor Hình 2.5 mục Pattern ID ta đặt tên " nc " (nhu cầu), mục Multiplier ta khai báo kết quả tính toán Pattern nhu cầu theo 24h và gán Pattern ID "
nc " cho tất cả các nút tại mục (Demand Pattern) của dữ liệu đầu vào nút (Junction).
Hình 2.5. Tên (ID) và khai báo mẫu hình sử dụng nước theo giờ trong ngày
HVTH: PHAN THÁI LÊ 49 Lớp : 25CTN11 - CS2 Xác định nhu cầu sử dụng nước cơ bản tại nút ú = 1/2 Tổng lưu lượng dọc đường ( đ) của các đoạn ống thuộc nút. Kết quả tính toán thể hiện Phụ Lục 10.
đ = Chiều dài tính toán ( í á ) * Lưu lượng đơn vị ( đ ). Kết quả tính toán thể hiện Phụ Lục 9.
đ =
∑ í á ; : là nhu cầu lưu lượng giờ dùng nước lớn nhất trong ngày
= 23.920m3/h = 6644,44 L/s. (xem Phụ Lục 7).
: là nhu cầu lưu lượng tập trung tại nút như : nhu cầu bệnh viện, khu công nghiệp, trường học,...( = 460.000m3/ngđ - lấy tương đối = 5% = 23.000m3/ngđ = 266,2 L/s).
∑ í á : Tổng chiều dài tính toán của các đường ống trên mạng lưới (∑ í á = 131.617m).
∑ í á = ự ế * m ; m : là hệ số phục vụ, các đoạn ống phục vụ 1 bên thì m
= 0,5, phục vụ 2 bên thì m = 1 ( trong tính toán luận văn mặc định tất cả các đoạn ống phục vụ 2 bên nên m =1 ). ự ế : là chiều dài thực tế đo được của các đoạn ống. Kết quả tính toán thể hiện Phụ Lục 8.
Sau khi tính toán xác định được ú ta khai báo tại mục Base Demand.
Dữ liệu đầu vào bể chứa (Reservoir) :
(Total Head) là cao độ mực nước cao nhất của bể chứa nước sạch tại các nhà máy, tại nhà máy nước Cầu Đỏ có 3 bể chứa nước sạch cao hơn mặt đất 3m nên cao độ mực nước của các bể chứa nước sạch = cao độ Nút A1 (nút đầu nhà máy) + 3m = 5 + 3 = 8m, tại nhà máy nước Sân Bay có 2 bể chứa
nước sạch tương tự = cao độ Nút C2 + 3m = 3 + 3 = 6m, tại nhà máy nước Hồ Hòa Trung có 2 bể chứa nước sạch với cao độ mực nước = cao độ Nút D2' + 3m = 5 + 3
= 8m, tại nhà máy nước Hòa Liên có 3 bể chứa nước sạch với cao độ mực nước =
HVTH: PHAN THÁI LÊ 50 Lớp : 25CTN11 - CS2 cao độ Nút E1 + 3m = 5 + 3 = 8m, 2 nhà máy nước Hải Vân và Sơn Trà có 1 bể chứa nước sạch đặt ngầm nên cao độ mực nước lần lượt = cao độ Nút C6, A19
=8m.
Dữ liệu đầu vào của bơm (Pump) :
(Pump Curve) là đường cong đặt tính bơm thể hiện Q (lưu lượng) và H (áp lực máy bơm), để khai báo đường cong đặt tính bơm ta tạo ID (Curve) bơm thể hiện mối liên hệ giữa Q - H và gán ID (Curve) bơm cho mục Pump Curve. Ứng với mỗi máy bơm thì có 1 ID Curve bơm khác nhau thể hiện mối liên hệ Q - H khác nhau.
(Pattern) là mẫu hình biểu đồ vận hành bơm thay
đổi Q - H theo 24h trong ngày hay còn gọi bơm biến tần, khai báo giống với mẫu hình nhu cầu sử dụng nước. Tại mục Power (năng lượng bơm), Speed (số vòng quay bơm), ta không nghiên cứu về tiêu hao điện năng nên tạm không khai báo ở 2 mục này. Thống kê số lượng máy bơm vận hành và bể chứa tại các nhà máy theo Xí Nghiệp Sản Xuất Nước (DAWACO) bảng 2.5. :
Bảng 2.5. Thống kê số lượng máy bơm - bể chứa (Xí nghiệp sản xuất nước sạch,2018)
BẢNG THỐNG KÊ SỐ LƯỢNG MÁY BƠM - BỂ CHỨA Nhà máy nước Cầu Đỏ
Số bể chứa Bể chứa 1 Bể chứa 2 Bể chứa 3 Công suất (m3/ngđ) 120.000 50.000 120.000
Số máy bơm 3 2 3
Q máy bơm (l/s) 470 290 470
H máy bơm (m) 50 50 50
Nhà máy nước Sân Bay
Số bể chứa Bể chứa 1 Bể chứa 2 -
Công suất (m3/ngđ) 20.000 10.000 -
Số máy bơm 3 2 -
Q máy bơm (l/s) 80 55 -
H máy bơm (m) 40 40 -
HVTH: PHAN THÁI LÊ 51 Lớp : 25CTN11 - CS2 BẢNG THỐNG KÊ SỐ LƯỢNG MÁY BƠM - BỂ CHỨA
Nhà máy nước Hồ Hòa Trung
Số bể chứa Bể chứa 1 Bể chứa 2 -
Công suất (m3/ngđ) 5.000 5.000 -
Số máy bơm 1 1 -
Q máy bơm (l/s) 60 60 -
H máy bơm (m) 40 40 -
Nhà máy nước Hòa Liên
Số bể chứa Bể chứa 1 Bể chứa 2 -
Công suất (m3/ngđ) 60.000 60.000 -
Số máy bơm 2 2 -
Q máy bơm (l/s) 350 350 -
H máy bơm (m) 50 50 -
Nhà máy nước Hải Vân & Sơn Trà
Số bể chứa Bể chứa 1 - -
Công suất (m3/ngđ) 5.000 - -
Số máy bơm 2 - -
Q máy bơm (l/s) 60 - -
H máy bơm (m) 32 - -
Dữ liệu đầu vào của Van (Valves) :
Van đóng mở và van một chiều được coi như là một phần của đường ống chứ không phải là các thành phần van điều khiển riêng lẽ. Ở đây ta chọn (Type) kiểu van FCV (van khống chế lưu lượng) đóng mở bình thường nên được coi như là một phần đường ống và không thiết đặt (Setting) cho van. (Diameter) là đường kính van trùng với đường kính đoạn ống nối. (Fixed Status) là trạng
thái của van, mở (Open) hoặc đóng (Closed) hoàn toàn. Mặc định tất cả các van mở hoàn toàn.