Tài liệu Nghiên cứu thiết kế hợp lý mạng lưới cấp nước cho thị trấn chờ huyện yên phong, tỉnh bắc ninh

  • Số trang: 141 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 227 |
  • Lượt tải: 0
sakura

Đã đăng 11429 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN PHAN VIỆT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỢP LÝ MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC CHO THỊ TRẤN CHỜ HUYỆN YÊN PHONG, TỈNH BẮC NINH Chuyên ngành: Cấp thoát nước Mã số: 60.58.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN TUẤN ANH Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Sau quá trình thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh, được sự ủng hộ động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, cùng với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước đúng thời hạn và nhiệm vụ với đề tài “ Nghiên cứu thiết kế hợp lý mạng lưới cấp nước cho thị trấn Chờ, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh” Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã có cơ hội học hỏi và tích lũy thêm được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc của mình. Tuy nhiên do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế, số liệu và công tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên những thiếu sót của luận văn là không thể tránh khỏi. Do đó tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp. Qua đây tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh, người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp những tài liệu, thông tin cần thiết cho tác giả hoàn thành Luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Thủy Lợi, các thầy giáo, cô giáo Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, các thầy cô giáo các bộ môn đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong suốt quá trình học tập. Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các cơ quan, đơn vị đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình điều tra thu thập tài liệu cho Luận văn này. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Luận văn Xin chân thành cảm ơn./. Hà nội, ngày……tháng….năm 2014 Tác giả Nguyễn Phan Việt BẢN CAM KẾT Tên tác giả: Nguyễn Phan Việt Học viên cao học CH20CTN Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu thiết kế hợp lý mạng lưới cấp nước cho thị trấn Chờ, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh” Tác giả xin cam đoan đề tài Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan Nhà nước để tính toán ra các kết quả, đánh giá và đưa ra một số đề xuất giải pháp. Tác giả không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó. Hà nội, ngày……tháng….năm 2014 Tác giả Nguyễn Phan Việt MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................................................ 4 1.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................................... 4 1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu xác định Dống .................................................4 1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu về bài toán thiết kế tối ưu ...............................5 1.1.3. Phần mềm tính toán mạng lưới cấp nước EPANET ..................................5 1.2. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .................................................... 13 1.2.1. Điều kiện tự nhiên....................................................................................13 1.2.2. Điều kiện kinh tế xã hội ...........................................................................17 1.2.3. Hiện trạng hệ thống hạ tầng kỹ thuật .......................................................19 1.2.4. Quy hoạch phát triển đô thị đến năm 2020, 2030 ....................................21 1.2.5. Quy hoạch xây dựng cơ sở hạ tầng kỹ thuật............................................26 1.3. QUY HOẠCH HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐẾN NĂM 2030 .............................. 32 1.4. SỰ CẦN THIẾT PHẢI ĐẦU TƯ ............................................................................ 33 CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỢP LÝ MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC THỊ TRẤN CHỜ......................................................................... 35 2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU ....................................................... 35 2.1.1. Phương pháp quy hoạch tuyến tính(QHTT) ............................................35 2.1.2. Phương pháp quy hoạch phi tuyến(QHPT) .............................................36 2.1.3. Phương pháp quy hoạch động(QHĐ) ......................................................37 2.1.4. Phương pháp so sánh trực tiếp(thử nghiệm độc lập) ...............................38 2.2. CÁC QUY ĐỊNH VỀ THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC ........................ 43 2.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỂ THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC THỊ TRẤN CHỜ....................................................... 44 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỢP LÝ MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC CHO THỊ TRẤN CHỜ ...................................................................................................................... 46 3.1. TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC VÀ LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC .............. 46 3.1.1. Lưu lượng nước dùng cho sinh hoạt ........................................................46 3.1.2. Lưu lượng nước công nghiệp...................................................................46 3.1.3. Lưu lượng nước công cộng ......................................................................47 3.1.4. Lưu lượng nước cho dịch vụ đô thị .........................................................47 3.1.5. Lưu lượng nước thất thoát .......................................................................47 3.1.6. Lưu lượng nước dùng cho bản thân trạm xử lý .......................................47 3.2. CÔNG SUẤT TRẠM CẤP NƯỚC ........................................................................ 47 3.2.1. Lưu lượng ngày tính toán trung bình trong năm của hệ thống cấp nước .......48 3.2.2. Lưu lượng nước tính toán trong ngày dùng nước nhiều nhất và ít nhất Q ngày.max và Q ngày.min ...........................................................................................49 3.2.3. Lưu lượng tính toán công trình thu nước, trạm bơm cấp I và trạm xử lý 49 3.2.4. Lưu lượng giờ tính toán mạng lưới (công suất trạm bơm cấp II) ............49 3.3. NHU CẦU DÙNG NƯỚC CHO CHỮA CHÁY.................................................. 50 3.4. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRẠM BƠM CẤP II, LỰA CHỌN SỐ MÁY BƠM, SỐ BẬC BƠM .................................................................. 50 3.5. LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC VÀ TRẠM BƠM II ............................................ 51 3.5.1. Các loại nguồn nước ................................................................................51 3.5.2. Phương án đặt TBII .................................................................................54 3.5.3. Kết luận ....................................................................................................54 3.6. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI KHÁC NHAU... 54 3.6.1. Xác định các khu vực dùng nước ............................................................54 3.6.2. Lựa chọn sơ đồ, nguyên tắc vạch tuyến...................................................55 3.6.3. Xác định các trường hợp tính toán ..........................................................56 3.6.4. Xác định chiều dài tính toán của các đoạn ống .......................................56 3.6.5. Tính toán lưu lượng dọc đường cho các đoạn ống ..................................57 3.6.6. Chọn vật liệu ống .....................................................................................58 3.6.7. Tính toán thủy lực mạng lưới cấp ............................................................59 3.7. TÍNH TOÁN HÀM MỤC TIÊU CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN ............................. 62 3.7.1. Chi phí xây dựng(C xd ) .............................................................................62 3.7.2. Chi phí quản lý.........................................................................................67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG Hình 1.1: Sơ đồ chọn đường kính tối ưu .....................................................................5 Bảng 1: Dự báo tăng tỷ lệ tăng dân số thị trấn Chờ (theo quy hoạch) ......................11 Bảng 2: Bảng cân bằng đất đai (kể cả đất dân dụng và ngoài dân dụng). ................16 Bảng 3 : Bảng chỉ tiêu cấp điện ................................................................................23 Bảng 4: Chất lượng nước ngầm tại lỗ khoan ............................................................53 Bảng 5: Tổng hợp đường kính thay đổi của các phương án như sau: ......................61 Bảng 6: Tổng chi phí xây lắp ....................................................................................67 Bảng 7: Chi phí điện năng cho các phương án như sau: ...........................................68 Bảng 8: Kết quả tính toán hàm mục tiêu(chỉ tiêu kinh tế) của các phương án: ........69 1 MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của đề tài Nước sạch là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của người dân. Nó ảnh hưởng trực tiếp tới sinh hoạt hàng ngày của các gia đình, ảnh hưởng tới sức khỏe của mọi người. Các nhà khoa học trên thế giới đã cảnh báo thế kỷ 21 loài người sẽ phải đối mặt với nhiều mối đe dọa thiên nhiên, đặc biệt là phải đối mặt với hiểm họa thiếu nước và ô nhiễm nguồn nước. Nước sạch và vệ sinh môi trường đô thị là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng mà Đảng, Nhà nước, Chính phủ đã và đang đặc biệt quan tâm. Trong những năm qua, vị trí, vai trò, ý nghĩa và các mục tiêu của công tác này đã liên tục được đề cập đến trong nhiều văn bản của Đảng, Nhà nước và Chính phủ, cụ thể là Chiến lược phát triển cấp nước đô thị Việt nam được thể hiện qua Định hướng phát triển cấp nước đô thị Việt nam đến 2025 và tầm nhìn đến 2050 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại quyết định số 1929/QĐ-TTg ngày 20 tháng 11 năm 2009. Hiện nay, thị trấn Chờ, tỉnh Bắc Ninh chưa có hệ thống cấp nước tập trung. Nguồn nước mà người dân thị trấn đang sử dụng được khai thác từ các giếng khoan, giếng khơi phần lớn là không đảm bảo về mặt chất lượng. Trong tương lai, thị trấn Chờ sẽ trở thành đô thị loại IV, một đô thị vệ tinh quan trọng của thành phố Bắc Ninh. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch của người dân cần xây dựng hệ thống mạng lưới cấp nước tập trung cho khu vực này. Trong thực tế hiện nay, khi thiết kế các mạng lưới cấp nước, các kỹ sư thường chọn đường kính ống cấp nước dựa trên lưu lượng thiết kế của đường ống và vận tốc cho phép trong một phạm vi rộng ( thường từ 0,8 - 1,8 m/s) và thường đề xuất chỉ 1-2 phương án thiết kế. Do vậy phương án thiết kế được chọn có thể dẫn đến sự lãng phí trong đầu tư xây dựng và quản lý hệ thống. 2 Để giải quyết phần nào bất cập trên, đề tài “Nghiên cứu thiết kế hợp lý mạng lưới cấp nước cho thị trấn Chờ, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh” được đề xuất nghiên cứu. 1. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đề xuất được mạng lưới đường ống cấp nước hợp lý cho thị trấn Chờ. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống mạng lưới đường ống cấp nước thị trấn Chờ, Bắc Ninh. 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu: Các tuyến ống chính của mạng lưới cấp nước. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận - Tiếp cận các thành tựu nghiên cứu của các nước trong khu vực và trên thế giới - Tiếp cận thực tế: đi khảo sát thực địa, tìm hiểu các hồ sơ. - Tiếp cận hệ thống: tính toán, lựa chọn phương án thiết kế hệ thống cấp nước sinh hoạt theo hướng tối ưu. 4.2 Phương pháp nghiên cứu. Luận văn sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa; - Phương pháp kế thừa; - Phương pháp ứng dụng mô hình toán Epanet để tính toán mạng lưới cấp nước - Phương pháp ứng dụng lý thuyết tối ưu hóa; 5. Bố cục của luận văn - Luận văn gồm 3 chương, phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo. 3 Chương I : Tổng quan 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 1.3. Quy hoạch hệ thống cấp nước đến năm 2030 1.4. Sự cần thiết phải đầu tư Chương II : Cơ sở khoa học tính toán thiết kế mạng lưới cấp nước thị trấn Chờ 2.1. Các phương pháp thiết kế tối ưu 2.2. Phần mềm tính toán mạng lưới cấp nước Epanet 2.3. Lựa chọn phương pháp thiết kế tối ưu để thiết kế MLCN thị trấn Chờ Chương III : Thiết kế hợp lý mạng lưới cấp nước cho thị trấn Chờ 3.1. Tính toán nhu cầu nước và lựa chon nguồn nước 3.2. Công suất trạm cấp nước 3.3. Nhu cầu dùng nước cho chữa cháy 3.4. Xác định chế độ làm việc của TBII, lựa chọn số máy bơm, số bậc bơm 3.5. Lựa chọn nguồn nước và TBII 3.6. Đề xuất các phương án thiết kế mạng lưới khác nhau 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu xác định Dống * Phương pháp xác định đường kính kinh tế theo nguyên lý chi phí quản lý nhỏ nhất. Để xác định được đường kính kinh tế của đường ống có thể thông qua so sánh phương án với các đường kính khác nhau theo nguyên lý phí tổn quản lý nhỏ nhất. Phí tổn quản lý được xác định theo công thức: C = aE + bK Trong đó: a – Giá thành 1kW h năng lượng tiêu thụ (đ/kwh) E - Tổng năng lượng hao tổn hàng năm trên 1m dài đường ống (kwh K - Vốn đầu tư cho 1 mét đường ống (đ/m) b - Tỷ lệ khấu hao hoàn vốn và sửa chữa tính theo phần trăm tiền vốn đầu tư K. Tổng năng lượng E được tính theo công thức sau: T E=∫ 0 9,81htt η tb T Qdt = 9,81 Q 3 dt Kη tb ∫0 Q – Lưu lượng của đường ống từng thời gian (m3/s) h tt - Tổn thất cột nước trên 1 mét đường ống đẩy htt = Q2 (m) K T - Thời gian làm việc của ống đẩy trong năm (giờ) γ - Trọng lượng đơn vị của nước (N/m3) Thường để tính toán cho thuận lợi với các biểu đồ dùng nước kiểu bậc thang biểu thức dưới dấu tích phân sẽ bằng: T ∫ Q dt = q 3 0 3 tb T 5 n Đưa về dạng sai phân ta có: qtb = 3 ∑ (Q .t ) 3 i i =1 i n ∑t i =1 i 9,81qtb3 T ⇒ E= Kη tb Các cách tính toán theo chi phí quản lý nhỏ nhất tức là: C min = (aE + bK) min muốn vậy, chúng ta lập với các đường kính khác nhau theo hai phương trình sau: aE = f 1 (D) bK = f 2 (D) tính với nhiều giá trị của D ta sẽ có hai đường biểu diễn bằng phươg pháp cộng đồ thị tìm được điểm có C min C GHT GQL GXD Cmin = (aE + bK)min Dtk D cm Hình 1.1: Sơ đồ chọn đường kính tối ưu Nhận xét: Phương pháp xác định đường kính kinh tế (tối ưu) theo nguyên lý chi phí quản lý nhỏ nhất ở trên đã coi vốn đầu tư và các loại chi phí ở trạng thái tĩnh tức là không kể đến lãi suất của đồng tiền. 1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu về bài toán thiết kế tối ưu Trong những năm gần đây, lý thuyết phân tích hệ thống và lý thuyết tối ưu hoá đã được áp dụng nhiều trong các bài toán về quy hoạch, thiết kế, quản lý, vận 6 hành tối ưu các hệ thống nói chung và hệ thống thuỷ lợi nói riêng. Trong đó, bài toán thiết kế tối ưu các công trình trong hệ thống cấp, thoát nước, tưới, tiêu, đã được một số tác giả trong nước nghiên cứu, điển hình như: Đề tài “ Hệ số tiêu thiết kế tối ưu của trạm bơm cho các vùng trồng lúa đồng bằng Bắc Bộ - Việt Nam” (1997) của TS. Dương Thanh Lượng. Tác giả đã áp dụng phương pháp mô hình mô phỏng và phương pháp tối ưu hoá cho bài toán thiết kế hệ thống tiêu bằng trạm bơm vùng trồng lúa với chỉ tiêu tối ưu là chỉ số NPV (Giá trị thu nhập ròng quy về thời điểm hiện tại). Gía trị hệ số tiêu thiết kế nào tương ứng với giá trị NPV max thì đó là giá trị hệ số tiêu thiết kế tối ưu của trạm bơm. Đề tài “Nghiên cứu xác định quy mô đường ống tối ưu cho hệ thống tưới Trung tâm nghiên cứu và sản xuất giống ngô Sông Bôi – Hoà Bình” (2002) của Th.S Đỗ Hồng Quân. Bằng phương pháp tối ưu hoá, tác giả đã tìm ra phương án đường kính ống tối ưu cho hệ thống tương ứng với chỉ tiêu tối ưu: IRRmax. Đề tài “Nghiên cứu xác định phương án bố trí và quy mô hợp lý của trạm bơm tưới vùng cao” (2003) của Th.S Nguyễn Tuấn Anh. Sử dụng phương pháp mô hình, mô phỏng và tối ưu hoá, tác giả đã thiết lập được bài toán tìm phương án thiết kế tối ưu trạm bơm tưới vùng cao qua chỉ tiêu tối ưu là tổng chi phí quy về năm đầu nhỏ nhất. Đề tài “Nghiên cứu xác định đường kính ống tối ưu trong hệ thống cấp nước bằng bơm”của Th.S Đỗ Chí Công. Sử dụng phương pháp mô hình, mô phỏng và tối ưu hoá, tác giả đã thiết lập được bài toán xác định đường kính tối ưu trông hệ thống cấp thoát nước bằng bơm. Trong luận văn này, phương pháp tối ưu hoá sẽ được áp dụng để xây dựng bài toán xác định đường kính tối ưu trong hệ thống mạng lưới cấp nước. 1.1.3. Phần mềm tính toán mạng lưới cấp nước EPANET Hiện nay có một số phần mềm thiết kế mạng lưới cấp nước như: Loop, Epanet, WaterCad...nhưng phần mềm Epanet có tính trực quan và phương pháp điều chỉnh đơn giản chính xác. Nên tác giả lựa chọn Epanet là phần mềm để tính toán. 1.1.3.1. Khái niệm 7 EPANET là chương trình tính toán mạng lưới cấp nước, có khả năng mô phỏng thủy lực và chất lượng nước có xét đến yếu tố thời gian. Mạng lưới cấp nước được EPANET mô phỏng bao gồm các đoạn ống, các nút, các máy bơm, các van, các bể chứa và đài nước. EPANET tính được lưu lượng trên mỗi đoạn ống, áp suất tại các nút, chiều cao nước ở từng bể chứa, đài nước, nồng độ của các chất trên mạng trong suốt thời gian mô phỏng nhiều thời đoạn. Chạy trên nền Windows, EPANET tạo được một môi trường hoà hợp cho việc vào dữ liệu của mạng, chạy mô hình mô phỏng quá trình thủy lực và chất lượng nước, quan sát kết quả theo nhiều cách khác nhau. EPANET được phát triển bởi Bộ phận Cấp nước và nguồn nước thuộc Viện Nghiên cứu quản lý các rủi ro quốc gia của Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ. a. Ứng dụng của EPANET Ngoài việc mô hình hoá thủy 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. 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 ứng cả trong dòng chảy lẫn trên thành ống. 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 giảm đến một nồng độ giới hạn. Sử dụng các hệ số mức phản 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. 8 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. b. Ưu nhược điểm EPANET có rất nhiều ưu điểm là mô phỏng đầy đủ các tính toán thủy lực một cách trực quan và có cả yếu tố thời gian và chất lượng nước. Chương trình tính cho độ chính xác cao, kết quả dễ sử dụng và có thể linh kết với các phần mềm khác. Có thể tính toán được nhiều thông số và mô phỏng tất cả các chi tiết của mạng lưới. Khi dùng chương trình này ta có thể tính toán các thông số của mạng lưới trong bất cứ giờ nào trong ngày mà không cần nhập lại số liệu. Tính ưu việt nhất của EPANET là dùng để tính toán mở rộng mạng lưới cấp nước hoặc mạng lưới có nhiều nguồn nước cấp đồng thời vào mạng lưới. Chương trình này cũng dùng cho tính toán, sửa chữa, nâng cấp và quản lý vận hành mạng lưới cũng rất tốt. Giao diện với chương trình EPANET trực quan dễ hiểu EPANET có nhược điểm là đòi hỏi người chạy chương trình phải có trình độ và đòi hỏi nhiều số liệu. 1.1.3.2. Mô phỏng mạng lưới bằng phần mềm EPANET EPANET mô hình hoá hệ thống phân phối như là một tập hợp các đường nối được nối với các nút. Các đường nối miêu tả các ống, máy bơm, và van điều khiển. 9 Các nút miêu tả các mối nối, đài nước và bể chứa. Hình dưới đây minh hoạ các đối tượng này được nối với nhau như thế nào để tạo thành một mạng lưới. Các thành phần vật lý trong một hệ thống phân phối nước. Các mối nối (Junctions) Mối nối là những điểm trong mạng lưới nơi các đường nối được nối lại với nhau và nơi nước đi vào hoặc đi ra khỏi mạng lưới. Các số liệu đầu vào cơ bản của mối nối là: - Độ cao trên một mức chuẩn nào đó (thường mức chuẩn là mực nước biển trung bình); - Lưu lượng yêu cầu (lưu lượng nước lấy ra khỏi mạng); - Chất lượng nước ban đầu. Các kết quả đầu ra được tính toán cho các mối nối trong mọi khoảng thời gian mô phỏng là: - Cột nước (năng lượng trên một đơn vị trọng lượng chất lỏng); - Áp suất; - Chất lượng nước. Các mối nối cũng có thể: - Có lưu lượng yêu cầu thay đổi theo thời gian; - Có các mẫu hình khác nhau của lưu lượng yêu cầu gắn cho chúng; - Có các lưu lượng âm biểu thị nước đi vào mạng lưới; - Chứa các vòi phun (hoặc bình phun) cho lưu lượng chảy ra phụ thuộc vào áp lực. Bể chứa (Reservoirs) Bể chứa là những nút biểu thị cho nguồn nước bên ngoài không xác định tới 10 mạng lưới. Chúng được sử dụng để mô hình hoá cho những vật thể như: hồ, sông, các tầng ngậm nước ngầm và các mối liên hệ với các hệ thống khác. Các bể chứa cũng đóng vai trò như những điểm nguồn chất lượng nước. Các thuộc tính đầu vào ban đầu của bể chứa là cột nước của nó (bằng với độ cao mặt nước nếu bể chứa không có áp) và chất lượng ban đầu của nó cho việc phân tích chất lượng nước. Vì bể chứa là một điểm biên tới một mạng lưới, nên cột nước và chất lượng nước có thể không bị ảnh hưởng bởi những gì xảy ra bên trong mạng lưới. Do đó nó không có các thuộc tính đầu ra theo tính toán. Tuy nhiên cột nước của nó có thể thay đổi theo thời gian bằng cách ấn định cho nó một mẫu hình thời gian (xem các mẫu hình thời gian bên dưới). Đài nước (Tanks) Đài nước là các nút có khả năng trữ nước, nơi mà thể tích nước có thể thay đổi theo thời gian trong suốt quá trình mô phỏng. Các thuộc tính đầu vào của đài nước là: - Độ cao đáy (nơi độ sâu nước bằng không); - Đường kính (hay hình dạng nếu không phải là hình trụ); - Mặc nước ban đầu, mực nước thấp nhất và mực nước cao nhất; - Chất lượng ban đầu. Các đài nước đòi hỏi phải vận hành trong một phạm vi từ mức nước nhỏ nhất tới mực nước lớn nhất của chúng. EPANET ngưng dòng chảy ra nếu nước trong đài ở mực nhỏ nhất và ngưng dòng chảy vào nếu ở mức cao nhất. Các đài nước cũng đóng vai trò như là các điểm nguồn chất lượng nước. Đầu lấy nước (Emitters) Đầu lấy nước là các thiết bị kết hợp với mối nối mà có thể mô hình hoá dòng chảy qua một vòi hoặc lỗ xả ra không khí. Lưu lượng lấy ra từ đầu lấy nước biến đổi như là một hàm số của áp suất tại nút: q = C.pγ trong đó: 11 q - lưu lượng; p - áp suất; C - hệ số lưu lượng; γ - số mũ của áp suất. Đối với các đầu vòi và lỗ thì lấy γ =0,5 và nhà sản xuất thường cung cấp trị số của hệ số lưu lượng (theo đơn vị l/s), biểu thị lưu lượng qua thiết bị ở áp suất có trị số 1 đơn vị. Đầu lấy nước được sử dụng để mô phỏng lưu lượng qua hệ thống vòi trong mạng lưới tưới nước. Chúng cũng có thể sử dụng để mô phỏng lỗ hở trong ống nối với nút (nếu hệ số lưu lượng và số mũ áp suất cho chỗ thủng hoặc chỗ nối có thể đánh giá được) hoặc tính lưu lượng chữa cháy tại nút đó (lưu lượng có thể tại vài điểm có áp suất dư nhỏ nhất). Trường hợp cuối cùng, đầu lấy nước sử dụng một giá trị lớn của hệ số lưu lượng (chẳng hạn 100 lần dòng chảy lớn nhất) và thay đổi cao trình nút để bao gồm cột nước tương đương của đích áp suất. EPANET xử lý đầu lấy nước như là một thuộc tính của mối nối và không phải là thành phần mạng riêng. Các ống (Pipes) Ống là đường nối có thể vận chuyển nước từ một điểm này tới một điểm khác trong mạng. EPANET cho rằng tất cả các đoạn ống đầy nước tại mọi thời gian. Hướng của dòng chảy là từ nơi có cột nước cao sang nơi có cột nước thấp. Các thông số thuỷ lực đầu vào chủ yếu cho các ống là: - Nút đầu và nút cuối; - Đường kính ống; - Chiều dài; - Hệ số nhám (để tính toán tổn thất thuỷ lực); - Trạng thái (mở, đóng hoặc có van). Các thông số về trạng thái cho phép ống hoàn toàn chứa van ngắt (van cửa), van một chiều (chỉ cho dòng chảy đi theo một chiều nhất định). Các thông số đầu vào chất lượng nước cho ống gồm: 12 - Hệ số phản ứng khối; - Hệ số phản ứng thành. Kết quả tính toán cho các ống gồm: - 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). Máy bơm Máy bơm là đường nối truyền năng lượng cho chất lỏng, qua đó nâng cột áp thuỷ lực lên. Các thông số đầu vào cơ bản của máy bơm là: nút đầu và nút cuối, đường đặc tính (tổ hợp của các lưu lượng và các cột nước mà máy bơm có thể cung cấp). Thay cho đường đặc tính, máy bơm có thể được miêu tả như một thiết bị năng lượng không đổi, một thiết bị cung cấp một năng lượng (mã lực hoặc kilowat) cho dòng chảy cho tất cả các kết hợp giữa lưu lượng và cột nước. Các thông số đầu ra cơ bản là lưu lượng và cột nước thu được. Dòng chảy qua bơm chỉ có một hướng duy nhất và EPANET không cho phép một máy bơm hoạt động ngoài phạm vi đường đặc tính của nó. Máy bơm có tốc độ quay thay đổi được còn có thể được xem xét bằng cách định rõ rằng tốc độ của nó thay đổi trong cùng một loại các điều kiện. Theo định nghĩa đường đặc tính gốc của máy bơm mà ta cấp cho chương trình có tốc độ tương đối bằng 1. Nếu tốc độ của máy bơm gấp đôi thì giá trị tương đối sẽ là 2, nếu chạy với một nửa tốc độ thì giá trị tương đối của tốc độ sẽ là 0,5, v.v... Việc thay đổi tốc độ sẽ làm biến đổi đường đặc tính của máy bơm. Như đối với các ống, máy bơm có thể được bật và tắt vào những thời gian định trước hay theo một điều kiện nhất định tồn tại trong mạng lưới. Sự vận hành máy bơm cũng có thể được mô tả bằng cách ấn định cho nó một mẫu hình thời gian với những giá trị nhân tử là các tốc độ tương đối. EPANET cũng có thể tính được 13 năng lượng tiêu thụ và chi phí cho việc bơm nước. Mỗi máy bơm có thể được ấn định một đường đặc tính hiệu suất và một chế độ giá điện. Nếu những thứ này không được cung cấp thì một tập hợp các lựa chọn năng lượng sẽ được sử dụng. Dòng chảy qua bơm là dòng chảy một chiều. Nếu điều kiện của hệ thống đòi hỏi cột nước bơm cao hơn khả năng của máy thì EPANET đóng máy bơm lại. Nếu lưu lượng yêu cầu lớn hơn lưu lượng của máy bơm thì EPANET ngoại suy đường đặc tính của máy bơm đến lưu lượng yêu cầu, thậm chí điều này sinh ra một cột nước âm. Trong cả hai trường hợp thì một thông điệp cảnh báo sẽ được đưa ra. Van (Valves) Van là những đường nối mà có thể khống chế áp suất hay lưu lượng tại một điểm nhất định trong mạng lưới. Các thông số đầu vào chính của van là: - Nút đầu và nút cuối; - Đường kính; - Thiết lập; - Trạng thái. Các giá trị đầu ra tính toán là lưu lượng và tổn thất cột nước. Các loại van khác nhau có ở trong EPANET là: - Van giảm áp Pressure Reducing Valve (PRV) - Van giữ áp Pressure Sustaining Valve (PSV) - Van ngắt áp Pressure Breaker Valve (PBV) - Van kiểm soát lưu lượng Flow Control Valve (FCV) - Van kiểm soát tiết lưu Throttle Control Valve (TCV) - Van mục đích chung General Purpose Valve (GPV). 1.2. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.2.1. Điều kiện tự nhiên 1.2.1.1.Vị trí địa lý Yên Phong là một huyện nằm ở phía Tây tỉnh Bắc Ninh, được bao bọc bởi sông Cầu, sông Cà Lồ và sông Ngũ Huyện Khê.
- Xem thêm -