Đang tải... (xem toàn văn)
2 Biên tập các thuộc tính của các đối tượng 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
27/01/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Kỹ thuật tài ngun nước Bộ mơn Cấp nước TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG CẤP THOÁT NƯỚC Giảng viên: Nguyễn Thế Anh Đặng Minh Hải Email: theanh_ctn@tlu.edu.vn ĐT: 0983 469 383 MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG ỐNG CẤP NƯỚC PHÂN TÍCH MƠ PHỎNG MLCN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH EPANET 27/01/2022 C1 Giới thiệu Epanet 1.1 Khái niệm: - EPANET chương trình tính tốn MLCN, có khả mơ thuỷ lực chất lượng nước theo thời gian EPANET mô mạng lưới cấp nước bao gồm đoạn ống, nút, - EPANET chạy Windows, tạo môi trường thân thiện, quan sát kết theo nhiều cách khác 1.2 Khả mô thuỷ lực (Hydraulic Modeling Capabilities) - Có thể phân tích mạng lưới cấp nước không giới hạn quy mô - Tính tốn tổn thất ma sát thuỷ lực theo ba cơng thức: Hazen-Williams, Darcy-Weisbach, Chezy-Manning - Tính tổn thất cục đoạn cong, đoạn ống nối, - Mơ hình hố máy bơm với số vòng quay cố định thay đổi - Tính lượng bơm giá thành bơm nước - Mô loại van khác van đóng (Shutoff), van kiểm tra (Check), van điều chỉnh áp suất (Pressure regulating), van điều chỉnh lưu lượng (Flow control) C1 Giới thiệu Epanet 1.2 Khả mô thuỷ lực (Hydraulic Modeling Capabilities) - Cho phép mô bể chứa nước có nhiều hình dạng khác (đường kính thay đổi theo chiều cao) - Tính đến biến đổi nhu cầu nước nút, nút có biểu đồ dùng nước riêng - Mơ hình hố lưu lượng dịng chảy phụ thuộc áp suất từ nút theo kiểu vòi phun (Sprinkler heads) - Có thể cho hệ thống làm việc mực nước bể ứng với trường hợp: không biến đổi (Simple tank), thay đổi theo thời gian (Timer controls), điều khiển theo quy tắc phức tạp (Complex rule-based controls) 1.3 Khả mô chất lượng nước (Water Quality Modeling Capabilities) - Mơ hình hố chuyển động chất không phản ứng mạng - Mơ hình hố chuyển động biến đổi chất có phản ứng mạng gia tăng (ví dụ sản phẩm khử trùng) suy giảm (như dư lượng Clo) theo thời gian - Mơ hình hố thời gian lưu nước khắp mạng - … 27/01/2022 C1 Giới thiệu Epanet 1.4 Các bước sử dụng EPANET (Steps in Using EPANET) (1) Vẽ sơ đồ biểu diễn mạng cấp nước (Adding Objects) (2) Biên tập thuộc tính đối tượng mạng (Editing Objects) (3) Mô tả hệ thống làm việc nào: đường quan hệ (Curves), mẫu hình thời gian (Time Patterns), lệnh điều khiển (Controls) (4) Chọn chức phân tích (Setting Analysis Options) để đặt thuộc tính cho đối tượng mặt: thuỷ lực, chất lượng, phản ứng, thời gian, lượng, (5) Chạy chương trình để phân tích thuỷ lực chất lượng nước (Running an Analysis) (6) Xem kết (Viewing Results) C2 KHÔNG GIAN LÀM ViỆC CỦA EPANET 27/01/2022 C2 KHÔNG GIAN LÀM ViỆC CỦA EPANET * Thanh Menu * Các công cụ - Standart Toolbar Mở Project (File >> New) Mở Project có (File >> Open) Lưu Project (File >> Save) In sổ hành (File >> Print) Copy lựa chọn clipboard vào file (Edit >> Copy To) Xoá mục chọn Tìm mục (đối tượng) đồ (View >> Find) Chạy mô (Project >> Run Analysis) Chạy truy vấn hiển thị đồ (View >> Query) Tạo đồ thị để xem kết (Report >> Graph) Tạo bảng để xem kết (Report >> Table) Sửa chữa lựa chọn cho kết xem (View >> Options or Report >> Options) C2 KHÔNG GIAN LÀM ViỆC CỦA EPANET * Thanh Menu * Các công cụ - Map Toolbar Chọn đối tượng đồ (Edit >> Select Object) Chọn đỉnh đường nối gấp khúc (Edit >> Select Vertex) Chon vùng đồ (Edit >> Select Region) Di chuyển đồ (View >> Pan) Phóng to đồ (View >> Zoom In) Thu nhỏ đồ (View >> Zoom Out) Xem đồ với phạm vi toàn (View >> Full Extent) Thêm mối nối lên đồ Thêm bể chứa lên đồ Thêm đài nước lên đồ Thêm ống lên đồ Thêm máy bơm lên đồ Thêm van lên đồ Thêm nhãn lên đồ 27/01/2022 C2 KHÔNG GIAN LÀM ViỆC CỦA EPANET * Thanh trạng thái * Bản đồ mạng lưới * Data Browser - Đây cửa sổ quan trọng, truy xuất từ Bảng Data sổ Browser Nó cho phép truy cập nhiều đối tượng khác nhau: ống, nút, bơm, lệnh điều khiển, tùy chọn (Option), … C2 KHÔNG GIAN LÀM ViỆC CỦA EPANET * Map Browser - xem đồ mã màu mạng lưới thông số thành phần mạng, điều khiển để kích hoạt đồ theo thời gian * Property Editor Property Editor sử dụng để sửa đổi thuộc tích mối nối, đường nối, nhãn lựa chọn phân tích 27/01/2022 C3 MƠ HÌNH MẠNG LƯỚI 3.1 Các thành phần vật lý mạng lưới (Physical Components) - EPANET mơ hình hoá HTPP tập hợp đường nối nối với nút Các đường nối miêu tả ống, máy bơm, van điều khiển Các nút miêu tả mối nối, đài nước bể chứa - Các mối nối (Junctions) Các số liệu đầu vào: + Cao trình mối nối + Lưu lượng yêu cầu (lưu lượng nước lấy khỏi mạng); + Chất lượng nước ban đầu Các kết đầu ra: + Cột nước (năng lượng đơn vị trọng lượng chất lỏng); + Áp suất; + Chất lượng nước C3 MƠ HÌNH MẠNG LƯỚI 3.1 Các thành phần vật lý mạng lưới (Physical Components) - Bể chứa (Reservoirs) - Đài nước (Tanks) Các thuộc tính đầu vào: + Độ cao đáy + Đường kính (hay hình dạng khơng phải hình trụ); + Mực nước ban đầu, mực nước thấp mực nước cao nhất; + Chất lượng ban đầu - Các ống (Pipes) Các thông số thuỷ lực đầu vào: + Nút đầu nút cuối; + Đường kính ống; + Chiều dài; + Hệ số nhám; + Trạng thái (mở, đóng có van) Kết tính tốn: + Lưu lượng; + Vận tốc; + Tổn thất cột nước; + Hệ số ma sát Darcy-Weisbach; + Hệ số phản ứng trung bình (trên chiều dài ống); +Chất lượng nước trung bình (trên chiều dài ống) 27/01/2022 C3 MƠ HÌNH MẠNG LƯỚI 3.1 Các thành phần vật lý mạng lưới (Physical Components) -Các ống (Pipes) Hazen-Williams Darcy-Weisbach Manning's C e n (không thứ nguyên) (millifeet) (không thứ nguyên) Gang đúc 130 - 140 0,85 0,012 - 0,015 Bê tông 120 -140 1,0 - 10 0,012 - 0,017 Sắt tráng kẽm 120 0,5 0,015 - 0,017 0,011 - 0,015 Vật liệu làm ống Nhựa 140 - 150 0,005 Thép 140 - 150 0,15 Gốm tráng men 110 0,015 - 0,017 0,013 - 0,015 - Máy bơm Các thông số đầu vào bản: nút đầu nút cuối, đường đặc tính - Van (Valves) C3 MƠ HÌNH MẠNG LƯỚI 3.2 Các thành phần khơng vật lý (Non-Physical Components) - Đường cong (Curve) + Đường cong máy bơm Đường cong máy bơm biểu diễn quan hệ lưu lượng cột nước máy bơm Trục hoành biểu diễn lưu lượng, trục tung biểu diễn cột nước (H~Q) + Đường cong hiệu suất + Đường cong dung tích + Đường cong tổn thất cột nước 27/01/2022 C3 MƠ HÌNH MẠNG LƯỚI 3.2 Các thành phần khơng vật lý (Non-Physical Components) - Các mẫu hình thời gian (Time Patterns) - Lệnh điều khiển (Controle) 3.3 Mô thuỷ lực (Hydraulic Simulation Model) - tính tốn cột nước mối nối lưu lượng đường nối cho tập hợp mức nước bể chứa, mức nước đài, nhu cầu nước chuỗi thời điểm liên tiếp 3.4 Mơ hình mơ chất lượng nước (Water Quality Simulation Model) C4 LÀM ViỆC VỚI CÁC ĐỐI TƯỢNG 4.1 Các loại đối tượng - Nút (Nodes) Mối nối (Junctions) Bể chứa (Reservoirs) Bể điều tiết (Tanks) - Đường nối (Links) Ống (Pipes) Bơm (Pumps) Van (Valves) - Nhãn đồ (Map Labels) - Biểu đồ theo thời gian (Time Patterns) - Đường cong (Curves) - Lệnh điều khiển (Controls) Lệnh đơn (Simple) Lệnh có quy tắc (Rule-Based) 27/01/2022 C4 LÀM ViỆC VỚI CÁC ĐỐI TƯỢNG 4.2 Soạn thảo đối tượng * Các thuộc tính Mối nối (Junction Properties) + Junction ID: nhãn mối nối + Elevation: Cao trình mối nối + Base Demand: Nhu cầu nước trung bình +… * Các thuộc tính Bể chứa (Reservoir Properties) + Reservoir ID + Total Head: Cột nước (cao trình + cột nước áp suất) nước bể chứa +… * Các thuộc tính Đài nước (Tank Properties) + Elevation + Intial Level: Độ sâu nước đài nước thời điểm bắt đầu mô + Minimun Level + Maximun Level + Diameter +… * Các thuộc tính Ống (Pipe Properties) + Lengh + Diameter + Roughness C4 LÀM ViỆC VỚI CÁC ĐỐI TƯỢNG 4.2 Soạn thảo đối tượng * Các thuộc tính Máy bơm (Pump Properties) + Pump Curve: đường đặc tính bơm mơ tả quan hệ cột nước tạo máy bơm lưu lượng qua máy +… * Các thuộc tính Van (Valves) 4.3 Soạn thảo đối tượng khơng nhìn thấy đồ + Đường cong (Curves Editor) + Mẫu hình thời gian (Time Patterns Editor) + Lệnh điều khiển (Controls Editor) + Nhu cầu nước (Demand Editor) + Chất lượng nước nguồn (Source Quality Editor) 4.4 Copy dán đối tượng (Copying and Pasting Objects) 4.5 Chỉnh hình đảo chiều đường nối (Shaping and Reversing Links) 4.6 Xoá đối tượng (Deleting an Object) 4.7 Di chuyển đối tượng (Moving an Object) 4.8 Chọn nhóm đối tượng (Selecting a Group of Objects) 4.9 Sửa nhóm đối tượng (Editing a Group of Objects) 27/01/2022 C5 HƯỚNG DẪN NHANH CÁCH SỬ DỤNG EPANET 5.1 Mạng lưới ví dụ (Example Network) Máy bơm (9) tạo cột nước 46 m với lưu lượng 38 l/s, đài nước (nút 8) có đường kính 12 m, mức nước nhỏ 1,0 m, mức nước tối đa 6,0 m, mức nước ban đầu 1,2 m Nút Độ cao (m) Nhu cầu (l/s) 210 210 220 210 200 13 210 210 250 C5 HƯỚNG DẪN NHANH CÁCH SỬ DỤNG EPANET 5.1 Mạng lưới ví dụ (Example Network) Ống Chiều dài (m) Đường kính (mm) Hệ số nhám n 900 350 0,014 1500 300 0,014 1500 200 0,014 1500 200 0,014 1500 200 0,014 2100 250 0,014 1500 150 0,014 2100 150 0,014 5.2 Thiết lập vẽ (Project Setup) - tạo vẽ hệ thống (Project) Project >> Defaults 10 Pollutants and W ater Quality- Ô nhiễm chất lượng nước • Các loại sử dụng đất gán cho tiểu lưu vực (vd: dân cư, thương mại, cơng nghiệp, chưa phát triển) • Tích luỹ nhiễm, rửa trơi, vệ sinh đường phố thiết lập cho loại sử dụng đất 33 Pollutant Buildup- Tích luỹ nhiễm • • Được xác định khối lượng đơn vị diện tích chiều dài đường dịng chảy Lượng tích luỹ hàm số số ngày thời tiết khô hạn trước xảy mưa, tính tốn theo hàm số sau: Hàm bảo hoà Hàm luỹ thừa Hàm mũ Q trình theo thời gian B – Tích luỹ ô nhiễm t – thời gian C1 – Tích luỹ lớn C2 – số lượng tích luỹ C3 – thời gian 34 Pollutant Washoff-Rửa trôi chất ô nhiễm • Xảy thời kỳ mưa Rửa trôi theo hàm mũ Rating Curve Washoff Nồng độ trung bình theo trận W – tải lượng rửa trơi C1 – hệ số rửa trôi C2 – số mũ rửa trơi q – lưu lượng dịng chảy đơn vị diện tích (người sử dụng định nghĩa B – lượng nhiễm tích luỹ hoạt động vệ sinh xử lý Q – lưu lượng dòng chảy nút) 35 Pollutant W ashoff 36 LIDs in S W M M - T h o t n c b ề n v ữ n g Disconnection Infiltration Basin Rain Garden Cistern Infiltration Trench Green Roof Porous Pavement Vegetative Swale Street Planter 37 Limitations of S W M M - H n c h ế c ủ a S W M M • Khơng sử dụng cho lưu vực lớn đô thị • Khơng áp dụng cho khu vực trồng rừng nơng nghiệp • • Mơ vận chuyển chất nhiễm cịn đơn giản • Ph i ên bả n ch í nh th ứ c k h ông k ế t nố i GI S Mô hình cơng cụ phân tích, khơng phải cơng cụ thiết kế tự động 38 SWMM-Related Products • PCSWMM – CHI (https://www.pcswmm.com/) • InfoSWMM – Innovyze (https://www.innovyze.com/en-us/products/infoswmm) • X P S W M M – Innovyze (https://www.innovyze.com/en-us/products/xpswmm) • MIKE U R B A N – D H I (https://www.mikepoweredbydhi.com/products/mikeurban) 39 Additional Resources • https://www.epa.gov/water-research/storm-watermanagement-model-swmm – S W M M Reference Manuals 40 Additional Resources • https://www.epa.gov/water-research/storm-watermanagement-model-swmm – S W M M Reference Manuals – Tutorials 41 Additional Resources • • • https://www.epa.gov/water-research/storm-watermanagement-model-swmm – S W M M Reference Manuals – Tutorials https://www.openswmm.org – Code viewer,knowledge base,example models – S W M M - U S E R S list serv https://github.com/OpenWaterAnalytics – O W A S W M M ToolkitAPI – PySWMM 42 Bechtold Model Demo 43 Quick Start Tutorial 44 S W M M Simulation Procedure 45 Manning Equation Q = flow rate A = cross sectional area R = hydraulic radius S = slope n = Manning roughness coefficient 46 Force Main Equations Hazen-Williams Q = flow rate C = Hazen Williams C-factor A = cross sectional area R = hydraulic radius S = slope Darcy-Weisbach Q = flow rate g = gravity acceleration f = Darcy-Weisbach friction factor A = cross sectional area R = hydraulic radius S = slope 47