Giáo trình Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 3: Mô hình hóa và thiết kế hệ thống cấp nước - Nguyễn Thống

Quy hoạch hệ thống thóat nước. Chương 7. Mô hình hoá & thiết kế ht. thoát nước. Chương 8. Thoát nước vùng triều. Chương 9. Quản lý vận hành ht. cấp và thoát nước. Phần mềm SWMM & EPANET MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯƠÙC 10/14/2010 3 NỘI DUNG Thực hành 1: Mô hình dự báo nhu cầu nước dùng với p/p Hồi quy tuyến tính Thực hành 2: Mô phỏng mạng lưới cấp nước với EPANET. Thực hành 3: Mô phỏng mạng lưới thoát nước với SWMM. Thực hành 4: Mô phỏng thủy lực với HEC- RAS MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 1: Chaát löôïng, heä thoáng phaân phoái & thieát bò PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/14/2010 4 CHÖÔNG 3 MOÂ HÌNH HOAÙ & THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG CAÁP NÖÔÙC Noäi dung: - Moâ hình hoaù heä thoáng caáp nöôùc - Lyù thuyeát laäp moâ hình - Moâ phoûng heä thoáng caáp nöôùc - Moâ phoûng heä thoáng vôùi phaàn meàm Epanet MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/14/2010 5 MOÂ HÌNH HOAÂ ÙÙ HEÄÄ THOÁÁ NG PHAÂN PHOÂ ÁÁ I NÖÔÙÙ C PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 6 KIEÁN THÖÙC CAÀN THIEÁT - Lyù thuyeát thuûy löïc cô baûn; - Kieán thöùc thöïc teá veà vaän haønh moät heä thoáng phaân phoái nöôùc. MUÏC ÑÍCH MOÂ PHOÛNG - Quy hoaïch toång theå daøi haïn; - Söï phuïc hoài; - Caùc nghieân cöùu veà chöõa chaùy; - Quan saùt chaát löôïng; - Quaûn lyù naêng löôïng; - Thieát keá heä thoáng; - Nhu caàu vaän haønh, öùng phoù & xöû lyù söï coá haøng ngaøy. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 210/14/2010 7 Quy hoaïch toång theå daøi haïn:
Xaùc ñònh caùc döï aùn phaùt trieån chính ñeå ñaûm baûo chaát löôïng phuïc vuï töông lai.
Nhaän ra caùc vuøng coù nguy cô ’tieàm aån’ (aùp suaát thaáp, chaát löôïng nöôùc,).
Xaùc ñònh quy moâ vaø vò trí ñöôøng oáng chuyeån nöôùc, traïm bôm, coâng trình tröõ nöôùc ñeå ‘ñaûm baûo’ khoâng xaûy ra veà söï thay ñoåi löu löôïng, aùp suaát vöôït quaù cho pheùp. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 8 Söï phuïc hoài:
Nhaän bieát caùc haïng muïc (ñöôøng oáng, van, beå chöùa,) ñaõ xuoáng caáp caàn phaûi thay theá.
Moâ hình thuûy löïc cho pheùp ñaùnh giaù caùc khaû naêng coù theå xaûy ra vôùi caùc phöông aùn caûi taïo khaùc nhau
phöông aùn caûi taïo kinh teá nhaát. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 9 Theo doõi chaát löôïng nöôùc:
Moâ hình moâ phoûng coù theå moâ phoûng: tuoåi nöôùc, chaát ñaùnh daáu nguoàn, phaân boá noàng ñoä hoaù chaát (ví duï Clo dö). Quaûn lyù naêng löôïng: Ngoaøi chi phí baûo döôõng vaø söûa chöõa haï taàng, chi phí naêng löôïng bôm & quaûn lyù chieám tyû leä lôùn.
Moâ phoûng thuûy löïc cho pheùp ñaùnh giaù hieäu quaû tieâu thuï naêng löôïng bôm (hieäu suaát chaïy cuûa bôm). PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 10 VAÄN HAØNH HAØNG NGAØY Khi vaän haønh caàn ñaûm baûo: - aùp suaát; - löu löôïng; - möïc nöôùc trong caùc ñaøi.
dao ñoäng trong phaïm vi cho pheùp. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 11 THEÅ HIEÄN MOÂ HÌNH CAÁP NÖÔÙC - Beå chöùa. Trong moâ hình ñöôïc theå hieän baèng moät nuùt ôû bieân. Xem ñoù laø nguoàn nöôùc caáp ‘voâ haïn’ cho heä thoáng. Trong moâ hình hoaù maïng löôùi duøng ñeå moâ taû:
ao gieáng nöôùc ngaàm.
beå chöùa nöôùc saïch sau traïm xöû lyù cuûa bôm caáp 1. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 12 - Ñaøi nöôùc:
Laø moät nuùt bieân.
Ñöôøng ño aùp thay ñoåi theo doøng chaûy vaøo, ra ñaøi.
Dung tích höõu haïn (gioáng thöïc teá).
Caùc thoâng soá khi moâ phoûng ñaøi: ñoä cao ñaùy, ñöôøng kính, trong tröôøng hôïp ñaøi hình truï [neáu daïng khaùc  W=f(h), chieàu saâu nöôùc trong ñaøi], caùc möïc nöôùc ban ñaàu (t=0), möïc nöôùc thaáp nhaát & möïc nöôùc cao nhaát. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 310/14/2010 13 THOÂNG SOÁ MOÂ PHOÛNG ÑAØI NÖÔÙC PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Cao trình ñaùy ñaøi MN thaáp nhaát MN ban ñaàu MN lôùn nhaát h W=f(h)Q pa 10/14/2010 14 COÙ 3 LOAÏI ÑAØI NÖÔÙC CÔ BAÛN - Ñaøi noåi vôùi maët nöôùc töï do - Ñaøi coù aùp (ñaøi thuûy löïc neùn khí) - Ñaøi duøng bôm. Caùc ñaøi nöôùc cuõng giöõ vai troø nhö ñieåm nguoàn cung caáp nöôùc saïch. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 15 ÑAØI NEÙN KHÍ Laø loaïi ñaøi kín, moät phaàn ñöôïc laøm ñaày bôûi khí neùn. Noù coù theå ôû vò trí ‘thaáp’ trong heä thoáng so vôùi yeâu caàu ñaøi nöôùc coù maët thoaùng töï do: PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Bôm Bình neùn khí MNmax MNmin Vhieäu qiaû p>pa 10/14/2010 16 Moái noái: Nuùt maïng löôùi.
Vò trí giao nhau cuûa hai hay nhieàu ñöôøng oáng.
Nôi coù theå laáy löu löôïng
Thoâng soá moái noái: cao trình & löu löôïng TB (vôùi patten töông öùng) vaøo (ra nuùt) neáu coù. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc d1 d2 q d1 d2 d3 Ñöôøng oáng 10/14/2010 17 Ñoaïn (ñöôøng) oáng
Giôùi haïn giöõa 2 moái noái (nuùt).
Quy öôùc coù d khoâng ñoåi.
Khi tính toaùn thuûy löïc  Khoâng coù löu löôïng ra (vaøo) doïc tuyeán (trong tröôøng hôïp coù löu löôïng doïc tuyeán  quy ñoåi gaàn ñuùng veà löu löôïng taäp trung ôû nuùt 2 ñaàu). PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 18 Thoâng soá: Chieàu daøi (l), ñöôøng kính (mm), heä soá nhaùm. Trong caùc moâ hình moâ phoûng ngöôøi ta ñöa vaøo giaù trò ñöôøng kính ñònh danh. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc D ngoaøi d thöïc D ñịnh danh 410/14/2010 19 Maùy bôm:
Thieát bò boå sung naêng löôïng cho heä thoáng döôùi daïng naâng coät nöôùc (aùp suaát). Caùc thoâng soá veà bôm:
Ñöôøng ñaëc tính H ~ Q
Ñöôøng ñaëc tính η ~ Q, H
Ñöôøng ñaëc tính N ~ Q, H
Ñöôøng ñaëc tính [Hck]cp ~ Q PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 20 ÑÖÔØNG CONG ÑAËC TÍNH BÔM PGS. Dr. Nguyễn Thống H (m) Q (m3/s) Htk Qtk Quan hê Q=f(H) xác ñịnh tư$ nha $ SX bơm 0 H=33.3-20.84.10-5Q2  EPANET H(m), Q(l/s) MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 21 Van:
Thay ñoåi löu löôïng ñi qua thoâng qua vieäc thay ñoåi söùc caûn ñoái vôùi doøng chaûy. - Van caùch li; - Van moät chieàu; - Van giöõ cao ñoä; - Van xaû khí & phaù chaân khoâng; - Van giaûm aùp; - Van khoáng cheá (löu löôïng). PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 22 PGS. Dr. Nguyễn Thống (a) vane roâbinet, (b) vane böôùm, (c) vane clap et 1 ch ieàu, (d) vane giaûm aùp MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 23 Toång coät nöôùc H khi khoâng coù van giaûm aùp Sô ñoà minh hoaï söï laøm vieäc VAN GIẢM ÁP PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Van giaûm aùp Vuøng phuïc vuï treân cao Vuøng phuïc vuï döôùi thaáp Beå chöùa treân ñoài H khi coù van (H=Z+p/γ) Maët chuaån p/γ Z ∆H 10/14/2010 24 Toång coät nöôùc H khi khoâng coù van giöõ aùp Sô ñoà minh hoaï söï laøm vieäc VAN GIỮ ÁP PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Van giöõ aùp Vuøng phuïc vuï treân cao Vuøng phuïc vuï döôùi thaáp Beå chöùa treân ñoài H khi coù van Möùc thaáp nhaát p/γ khi k/coù van! ∆H 510/14/2010 25 PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Ñaøi nöôùc Nuùt (ñieåm laáy nöôùc) Ñoaïn oángBôm Beå chöùa 10/14/2010 26 LYÙ THUYEÁT LAÄP MOÂ HÌNH  Phaân tích thuûy löïc  Phaân tích chaát löôïng nöôùc PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 27 TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG Coøn goïi laø toån thaát coät nöôùc bao goàm: - Toån thaát doïc ñöôøng (ñöôøng daøi) do ma saùt giöõa doøng chaûy vaø thaønh oáng. - Toån thaát cuïc boä do söï roái loaïn doøng chaûy sinh ra khi doøng chaûy thay ñoåi phöông ñoät ngoät hoaëc qua choã noái oáng, thay ñoåi tieát dieän chaûy ñoät ngoät. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 28 TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG ÑÖÔØNG DAØI - Darcy-Weisbach: - Hazen-Williams: - Manning: PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc pi5 2 L gD fLQ8dh = 852,187,4 852,1 L CD LQ7,10dh = 33,5 22 L D LQn3,10dh = 10/14/2010 29 dhL (m) toån thaát coät nöôùc Q (m3/s) löu löôïng qua oáng D (m) ñöôøng kính oáng f heä soá ma saùt: - Colebrook-White: - Swamee-Jain: PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc ) fRe 51.2 D7.3 elg(2 f 1 + ∆ −= 2 9.0 )Re 74.5 D7.3 eln( 25.0f     + ∆ = 10/14/2010 30 - Federov: - ñoä nhaùm töông ñöông, R baùn kính thuûy löïc. - Re soá Reynold, a2 phuï thuoäc tính nhaùm thaønh oáng & chaát lô löûng. - n heä soá nhaùm (0.01
0.025) - C heä soá phuï thuoäc loaïi vaø tình traïng oáng (50
140) PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc ) Re a R68.13 elg(2 f 1 2+∆−= e∆ 610/14/2010 31 TÍNH THUÛÛ Y LÖÏÏ C MAÏÏ NG LÖÔÙÙ I PHAÂN PHOÂ ÁÁ I NÖÔÙÙ C PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 32 Caùc phöông phaùp tính thuûy löïc maïng löôùi: - Maïng löôùi cuït: Phöông phaùp tröïc tieáp (Q, H). - Maïng löôùi voøng:
Phöông phaùp Hardy Cross (giaûi laëp).
Phöông phaùp caân baèng löu löôïng nuùt (ma traän).
Phöông phaùp toång quaùt (Epanet). - Maïng löôùi hoãn hôïp (cuït+voøng):
Phöông phaùp taùch thaønh maïng löôùi cuït + maïng löôùi voøng.
Phöông phaùp toång quaùt. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 33 TÍNH THUÛY LÖÏC MAÏNG LÖÔÙI • Muïc ñích: Xaùc ñònh phaân phoái löu löôïng trong ñöôøng oáng (hoaëc coät nöôùc ño aùp taïi caùc nuùt) theo thôøi gian (moâ phoûng thuûy löïc maïng löôùi). • Phöông phaùp: – Maïng löôùi hôû (cuït): Giaûi tröïc tieáp töø cuoái maïng (cuoái ñöôøng oáng nhaùnh) veà ‘nguoàn’. Xem lyù thuyeát trong Cô chaát loûng hoaëc Caáp thoaùt nöôùc. – Maïng löùôi voøng: Phöông phaùp ñuùng daàn Hardy Cross, Phöông phaùp caân baèng löu löôïng nuùt (ma traän). PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 34 TÍNH THUÛY LÖÏC MAÏNG LÖÔÙI BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP CAÂN BAÈNG L/L NUÙT Quan heä Q vaø dh, Q (m3/s) : löu löôïng qua oáng dh (m) toån thaát naêng löôïng K heä soá phuï thuoäc ñaëc tính oáng, Q (quan heä phi tuyeán) H=z+p/γ coät nöôùc ño aùp toaøn phaàn, m=12 MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc PGS. Dr. Nguyễn Thống k j oo Hj Hk Ñöôøng c/nöôùc ño aùp H=z+p/γ Q(i) z p/γ dh QKQ.Kdh 'm == 10/14/2010 35 TÍNH THUÛÛ Y LÖÏÏ C MAÏÏ NG LÖÔÙÙ I PP. CAÂN BAÂ ÈÈ NG LÖU LÖÔÏÏ NG NUÙÙ T PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 36 PHÖÔNG PHAÙP CAÂN BAÈNG LÖU LÖÔïNG NUÙT Xeùt quan heä toån thaát naêng löôïng vaø löu löôïng qua 1 ñoaïn oáng cô baûn i: Taïi nuùt k: Taïi nuùt j: Vieát döôùi daïng ma traän ta coù:
(daïng ma traän) PGS. Dr. Nguyễn Thống ( )ijikiiiik HHkHkQ −=∆= ( )ijikiij HHkQ −−=               − − =         i j i k ii j i k H H kQ Q 11 11 i i i HKQ = MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Teân oáng Teân nuùt 710/14/2010 37 HEÄ THOÁNG P/T CHO TOAØN MAÏNG LÖÔÙI • Ñeå thieát laäp heä phöông trình bieåu dieãn cho toaøn maïng löôùi, ta seõ döïa vaøo nguyeân taéc caân baèng löu löôïng laàn löôït taïi caùc nuùt. • Ñeå ñôn giaûn, ta xeùt ví duï cho moät maïng löôùi ñôn giaûn sau: PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 38 SÔ ÑOÀ MAïNG LÖÔÙI PGS. Dr. Nguyễn Thống 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 56 8 7 9 C1 C5 C6 MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 39 Ta goïi Cj laø löu löôïng vaøo (hoaëc ra) heä thoáng maïng löôùi taïi nuùt j vôùi quy öôùc: • Cj > 0 : löu löôïng ñi vaøo nuùt • Cj < 0 : löu löôïng ra khoûi nuùt Söï caân baèng löu löôïng taïi moät nuùt baát kyø j cho pheùp ta vieát: • vôùi chæ soá i bieåu thò taát caû caùc ñöôøng oáng hoäi tuï veà nuùt j. PGS. Dr. Nguyễn Thống j i i j CQ =∑ MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Trong các ñoạn ống hội tụ về nút 10/14/2010 40 • Ví duï taïi nuùt j=5 cho maïng löôùi neâu treân ta coù phöông trình caân baèng löu löôïng nhö sau: • Xeùt phaàn töû ñöôøng oáng i=5 ta coù: PGS. Dr. Nguyễn Thống 5 8 5 7 5 5 5 CQQQ =++             − − =      2 5 55 2 5 5 11 11 H H kQ Q (1) MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc Tên nút Tên ñoạn ống 10/14/2010 41 Xeùt phaàn töû ñöôøng oáng i=7 ta coù: Xeùt phaàn töû ñöôøng oáng i=8 ta coù: PGS. Dr. Nguyễn Thống             − − =      5 4 77 5 7 4 11 11 H H kQ Q             − − =      5 3 88 5 8 3 11 11 H H kQ Q MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 42 Thay vaøo phöông trình caân baèng nuùt vaø thu goïn ta coù: Ví duï taïi nuùt j=1: Vôùi nuùt naøy ta coù 2 phaàn töû i=1 vaø i=2 lieân keát vaøo nuùt. Xeùt phaàn töû i=1 ta coù: PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) 55785473825 CHkkkHkHkHk =+++−−−             − − =      2 1 11 2 1 1 11 11 H H kQ Q (1) MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 810/14/2010 43 Xeùt phaàn töû i=2 ta coù: Thay vaøo phöông trình caân baèng nuùt ta coù: PGS. Dr. Nguyễn Thống             − − =      3 1 22 3 2 1 11 11 H H kQ Q ( ) 13221121 CHkHkHkk =−−+ (2) MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 44 Ta coù theå toång quaùt hoaù ra quy luaät chung vaø vieát döôùi daïng ma traän toång theå nhö sau: PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) ( ) ( ) ( ) ( )                     =                                         ++ −−+++ −−+++ −−−+++ −−+ 6 2 1 6 2 1 9 875 979764 868632 5435431 2121 . . . . . . 0 0 0 000 C C C H H H k kkkDX kkkkkk kkkkkk kkkkkkk kkkk Chuù yù: Ma traän [K] ñoái xöùng MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 45 CHÚ Ý Trong phương pháp giải lặp Hardy Cross  ẩn số là lưu lượng Qi trong các ñoạn ống.  Trong phương pháp ma trận  ẩn số là cột nước ño áp H tại các nút của mạng lưới. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 46 SÔ ÑOÀ MAïNG LÖÔÙI PGS. Dr. Nguyễn Thống 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 56 8 7 9 C1 C5 C6 MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 47 ÑIEÀU KIEÄN BIEÂN • Tröôùc khi tieán haønh giaûi heä phöông trình tuyeán tính treân, caùc ñieàu kieän bieân aùp duïng trong maïng löôùi phaûi ñöôïc ñöa vaøo heä phöông trình. Thoâng thöôøng ta coù 2 loaïi ñieàu kieän bieân cô baûn sau ñaây:  Hi : bieát tại nút i  Ci : bieát tại nút i Trong tröôøng hôïp thöù 1, vôùi Hi bieát tröôùc, giaù trò naøy seõ ñöôïc xöû lyù vaøo heä phöông trình baèng 1 trong 2 phöông phaùp sau:PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 48 • Phöông phaùp 1: (Duøng trong p/p PTHH) Giöõ nguyeân heä phöông trình cuûa maïng löôùi, chæ tieán haønh bieán ñoåi haøng thöù i trong heä phöông trình. Cho taát caû caùc heä soá kij=0 neáu i≠j, kij=1 neáu i=j vaø thay Ci=Hi: giaù trò coät nöôùc bieát taïi nuùt i.  hoặc cho kii=A (A giá trị rất « lớn ») và thay Ci bởi A.Hi (Hi là giá trị ñiều kiện biên ñã biết của H tại nút i). PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 910/14/2010 49 • Phöông phaùp 2: Thay giaù trò Hi ñaõ bieát vaøo phöông trình vaø bieán ñoåi thích hôïp ñeå nhaän heä phöông trình môùi coù soá phöông trình ít hôn (khoâng coù phöông trình cho Hi ñaõ bieát).
Giaû söû coù n giaù trò Hi bieát, soá phöong trình coøn laïi seõ laø (N-n) vôùi N laø soá nuùt cuûa maïng löôùi. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 50 Baøi taäp: Vieát ma traän bieåu thò sô ñoà maïng löôùi thuûy löïc sau (ẩn số là Hi): PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 1 2 3 4 1 2 3 5 4 C1 C4 C2 C3 10/14/2010 51 Ví duï 1: Cho heä thoáng maïng löôùi nhö hình veõ. Giaû thieát laø doøng chaûy taàng. Cho bieát H1=10 m; C2=-2 m3/s; L1=L2=1000 m; φ1=0.1 m; φ2=0.2 m; ν=10-6 m2/s vaø doøng chaûy taàng coù: µ =ν*ρ : heä soá nhôùt ñoäng löïc ρ: khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc.PGS. Dr. Nguyễn Thống L128 gk 4 µ φpiρ = 1 2 1 2 MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc C2C1 10/14/2010 52 a. Vieát ma traän bieåu dieãn heä thoáng. b. Xaùc ñònh coät nöôùc H2 vaø löu löôïng qua caùc ñoaïn oáng. CHÚ Ý: Quy luật thủy lực dòng chảy tầng trong ống tròn: PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc dh L128 gdh.kQ 4 µ φpiρ == 10/14/2010 53 Giaûi: Treân cô sôû soá lieäu ta tính ñö ôïc: k1=0.024 m2/s vaø k2=0.385 m2/s Ma traän cô baûn cho phaàn töû i=1: Ma traän cô baûn cho phaàn töû i=2: PGS. Dr. Nguyễn Thống             − − =      2 1 1 2 1 1 024.0024.0 024.0024.0 H H Q Q             − − =      2 1 2 2 2 1 385.0385.0 385.0385.0 H H Q Q MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 54 Ma traän toång theå cho heä thoáng seõ laø: PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) ( ) ( ) ( )      =            +−− −−+ 2 1 2 1 2121 2121 C C H H kkkk kkkk ( ) ( ) ( ) ( )      =            +−− −−+ 2 1 2 1 C C H H 385.0024.0385.0024.0 385.0024.0385.0024.0 MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10 10/14/2010 55 • Töø ñieàu kieän H1 =10 m vaø C2 =-2 m3/s ta coù: -0.409H1+0.409H2= - 2 ⇒ H2=5.11 m • Töø ñoù: Q1 =k1(H1-H2) =0.024(10-5.11) =0.1173 m3/s Q2 =k2(H1-H2) =0.385(10-5.11) =1.8826 m3/s PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 56 • Ví duï 2: Cho maïng löôùi nhö hình veõ. Caùc soá lieäu nhö sau: 12.9770.57320005 0.7720.28320004 0.7720.28320003 0.3850.210002 6.1640.410001 k(m 2 /s)d(m)L(m)Phaàn töû PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 57 Sô ñoà maïng löôùi PGS. Dr. Nguyễn Thống H1=20m H4=10m 3 1 4 2 12 45 C2=10m3/s C3=10m3/s Xaùc ñònh löu löôïng (Q) vaø coät nöôùc (H) taïi caùc vò trí chöa bieát. MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 3 10/14/2010 58 Giaûi: Ma traän toång theå cho maïng löôùi nhö sau: Giaûi heä phöông trình treân ta coù: H2=19.443m;H3=11.495m;C1=6.7m3/s;C4=- 26.7m3/s PGS. Dr. Nguyễn Thống ( ) ( ) ( ) ( )             =                         + −++ −−++ −−+ 4 1 3 2 10 10 10 20 977.12772.0 977.12977.12772.0385.0 772.0772.0772.0772.0164.6 0385.0164.6385.0164.6 C C H H DX MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 59 Ví duï 2: Cho maïng löôùi nhö hình veõ. Caùc soá lieäu nhö sau: 8.00.44004 2.00.24003 2.00.25002 8.00.45001 k(m 2 /s)d(m)L(m)Phaàn töû PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 60 Sô ñoà maïng löôùi PGS. Dr. Nguyễn Thống H4=20m3 1 4 2 1 2 3 4 C2=-5m3/sC1=10m3/s H1=40m Xaùc ñònh löu löôïng vaø coät nöôùc taïi caùc vò trí chöa bieát. MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 11 10/14/2010 61 BAØI TAÄP Thieát laäp heä phöông trình döôùi daïng ma traän caùc aån soá coät nöôùc H cho caùc maïng löôùi sau: PGS. Dr. Nguyễn Thống 4 1 2 3 65 C1 1 2 3 4 5 7 6 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 4 3 5 6 MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 62 PHÖÔNG PHAÙP TOÅNG QUAÙT (Phaàn meàm EPANET) PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 63 Toån thaát coät nöôùc cho ñoaïn oáng (ij) baát kyø: Hi=zi + pi/ρg : coät nöôùc toaøn phaàn taïi nuùt i dhij toån thaát coät nöôùc trong ñoaïn oáng (ij) Qij löu löôïng trong oáng (ij) r: heä soá khaùng thuûy löïc n: soá muõ (Hazen Williams n=1.852) m: heä soá chæ maát naêng cuïc boä trong ñoaïn (ij). PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 2 ij n ijjiij mQrQHHdh +=−= 10/14/2010 64 Trong tröôøng hôïp bôm ta coù: h0 coät nöôùc bôm, ω toác ñoä töông ñoái, r & n laø caùc heä soá cuûa ñöôøng ñaëc tính bôm. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc               ω −ω−= n ij 0 2 ij Q rhh Q(m3/s) H(m) Qtk Htk P=ρgQtkHtk(watt) 10/14/2010 65 Phöông trình lieân tuïc taïi taát caû caùc nuùt i: j chæ taát caû caùc nuùt coøn laïi cuûa caùc oáng hoäi tuï veà nuùt i (i=1,N). Di löu löôïng yeâu caàu taïi nuùt i (quy öôùc >0 ñi Q vaøo nuùt). PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 0DQ i j ij =−∑ 10/14/2010 66 AÙp duïng caùc phöông trình cho toaøn heä thoáng seõ nhaän ñöôïc heä phöông trình vieát döôùi daïng ma traän: AH =F A
ma traän heä soá (caùc heä soá cuûa [A] phuï thuoäc daïng hình hoïc cuûa oáng & H (baøi toaùn phi tuyeán). Trong Epanet söï duïng phöông phaùp gradient ñeå giaûi heä thoáng (giaûi laëp). PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 12 10/14/2010 67 GIÔÙÙ I THIEÄÄ U VÍ DUÏÏ TRONG VIDU_EPA PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc 10/14/2010 68 HEÁT CHÖÔNG 3 PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 3: Moâ hình hoaù & thieát keá heä thoáng caáp nöôùc