Tối ưu hóa hệ thống cấp thoát nước và môi trường phan vĩnh cẩn pdf

Các bàỉ toán tối ưu tổng họp trong cấp thoát nước và môi trương Ngoài những dạng bài toán dã nêu trên, trong n g n h cấp thoát nưởc và môi trường còn nhiều lĩnh vực ứng dụng mô hình toán

LỜI NÓI ĐẦU

Từ năm học رووو - 7 وﻮﻫ khoa Cao học cấp thoát nước và môi trường của

Trucftig Đạì học Kìến trúc Hà NỘI đă tien hanh giang dạy theo chương trinh khang

dào tạo Thạc sỹ (Ma số 60.58.70), t٣ong đố cố môn học “Tốt ưa hoủ hệ thống cảp

thoát nước và Môi tr ư ầ g ỷ ’ (Mã so NMT524).

Đảy la môn học không đ f gtdng dạy trong chương trinh Đọì học, Vi ١?ộy cdc

ky sư١ saa kht ra trường đì vào hoạt động khdo sát, thiết kể١ gtáín sủt١ tht cOng xdy

lốp, nghiên củ٠a khoa học hoặc gtdng dạy thảy rõ những mdng kiến thiC cần dược

tim công nghệ tinh toan xây dụng và quàn lý đế hệ thong cấp thoát n ả và môi tru٠ờng dam bdo hoạt dộng bền vimg \١à hiệu quả.

Tdc gta xin chân thdnh cám ơn cdc chưyèn gta, cỏc nha khoa học, củc thày

cô giáo và các học viên đã ùng hộ và đỏng góp nhiều ỷ kỉến quỷ báu để cuốn sách dược ra đời phục vụ cho nhu cầu đào tạo, nghiên ciru và thực te sàn xuat kinh doanh.

Tác gỉả

CHƯƠNG I

TỐI ƯU HÓA

B ài to á n tố i ư u tổ n g q u á t đ ư ợ c p h á t b iể u n h ư sau : C ự c đ ạ i h ó a (c ự c tiể u h ó a )

đ ư ợ c g ọ i là p h ư o n g á n tố i ư u K h i đ ó g iá trị f(x.) đ ư ợ c g ọ i là g iá trị tố i ư u c ủ a b ài to á n

1.2 PHÂN LOẠI BÀI TOÁN

M ộ t tro n g n h ữ n g ph ư oư ig á n h iể n n h iê n n h ấ t đ ể g iả i b à i to á n đ ặ t ra là p h ư ơ n g á n

d u y ệ t to à n b ộ : T ìm g iá trị c ủ a h à m f(x) tr ê n tấ t c ả c á c p h ư ơ n g á n , s a u đ ó so s á n h c á c g iátrị tín h đ ư ợ c đ ể tìm r a g iá trị tố i ư u v à p h ư ơ n g á n tố i ư u c ủ a b à i to á n

l 'u y n h iê n c á c h g iả i n à y k h ó th ự c h iệ n đ ư ợ c , n g a y c ả k h i k íc h th ư ớ c b à i to á n k h ô n g

lớ n (sổ b iế n n v à số r à n g b u ộ c m là k h ô n g ló n ) B ở i v ì, tậ p D th ô n g th ư ờ n g g ồ m m ộ t số

rấ t lớ n p h ầ n tử , tr o n g n h iề u tr ư ờ n g h ợ p c ò n là k h ô n g đ ế m đ ư ợ c

V ì v ậ y , c ầ n p h ả i c ó n g h iê n c ứ u v à p h â n lo ạ i tr ư ớ c v ề m ặ t lý th u y ế t đ ể c ó th ể tá c h ra

từ b à i to á n tổ n g q u á t th à n h n h ữ n g b à i to á n d ễ g iả i

C á c n g h iê n c ứ u d ó th ư ờ n g là:

ا N g h iê n c ứ u c á c tin h c h ấ t c ủ a c á c th à n h p h ầ n b à i to á n (h à m m ụ c tiê u , h à m rà rig

b u ộ c , c á c b iế n số , c á c h ệ s ố Ѵ.Ѵ );

t N g h iê n c ứ u c á c d iề u k iệ n tồ n tạ i c h o lờ i g iả i;

+ N g h iê n c ứ u c á c d iề u k iệ n c ầ n v à đ ủ c ủ a c ự c trị,v v

M ộ t b à i to á n tố i ư u d ư ợ c g ọ i là:

* Q u y h o ạ c h tu y ế n tin h ( Q H T T ) n ế u h à m m ụ c tiê u f(x) v à tấ t c ả c á c h à m r à n g b u ộ c gi(x), 1= m là tu y ể n tin h M ộ t tr ư ờ n g h ợ p q u a n tr ọ n g c ủ a Q H T T là b à i to á n v ậ n tái

n g ữ to á n h ọ c c h o m ô h ìn h đ ịn h tin h M ô h ìn h to á n h ọ c th iế t lậ p m ố i q u a n h ệ g iữ a c á c

b iế n s ố v à c á c h ệ số d iề u k h iể n h iệ n tư ợ n g T r o n g b ư ớ c n à y p h ả i x á c đ ịn h ;

-t C á c số liệ u b a n đ ầ u k h ô n g p h ả n á n h đ ú n g th ự c tế g iá c ả , c h i p h í, đ ịn h m ứ c , v ậ t tư

T a th ấ y b = 0 , n g h ĩa là k h ô n g c ó t h a n h d ầ m V ậ y , n g h iệ m th ự c là b = 3 a Đ iề u đ ó١ có

n g h ĩa là v ớ i c h iề u c a o c ủ a th a n h d ầ m b ằ n g 3 lầ n c h iề u r ộ n g c ủ a n ó th ì th a n h d ầ m đó) có

2.2.1 Tối ưu địa điểm xây dựng

TÔI ư u d ịa d lể m x â y d ự n g n g h ĩa là tim c á c d Ịa d lể m d ể x â y d ự n g c á c c ô n g tr in h tro n g

2 2 1 2 Đ ịa đ iể m xây d ự n g

T r ạ m b ơ m , tr ạ m tă n g á p , d à l n ư ớ c , b ể c h ứ a , Ѵ.Ѵ Y ê u c ầ u d ố l VỚI v iệ c x â y d ự n g c á c

c ô n g tr in h k ể tr ê n d ư ợ c th ể h iệ n n h ư s a u :

+ N ề n d ấ t tố t, n ế u tiế p g ia p VỚI s ô n g , s u ố i th l b ờ s ô n g , s u ố i p h a i ổ n d jn h , dO ng c h ả y

k h ô n g có tin h sOl m ò n , p h á hUy tạ i k h u v ự c d ặ t tr ạ m b ơ m v à vU ng lâ n c ậ n ;

V iệ c m ạ n g lư ớ i tiê u th ụ h o ạ t d ộ n g v à th a y d ổ i từ n g g iờ ( B iể u d ồ dU ng n ư ớ c n g à y )

k è m th e o h ệ số d iề u h ò a : Kmùa Kngày Kgiờ d ề u p h ả i d ư ợ c c h ú ý k h i x á c đ ịn h d u n g tíc h

b ể c h ứ a v à d à i n ư ớ c

M ộ t tr o n g n h ữ n g y ế u tố q u y ế t đ ịn h d ế n d u n g tíc h c h ứ a c h in h là m á y b ơ m V I th ế , c ầ n

s ử d n g c á c lo ạ i b ơ m c ó h iệ u s u ấ t c a o h o ặ c c ó c á c d ặ c tin h p h ù h ợ p , d ể d ặ c tin h c ủ a

m á y b ơ m b á m s á t d ư ờ n g tiê u th ụ n ư ớ c tr o n g b iể u d ồ dU ng n ư ớ c th e o g iờ v à n h rr v ậ y

n g ư ờ i t a c ũ n g k h u y ế n c á o là n ê n th a y đ ổ i lư u lư ợ n g v à á p lự c b o m (Q - H ) tư ơ n g ứ n g

H3 = 2000v/min Q3 = 0,690Q|

H3 = 0,476Hi N3 = 0,328Ni

V iệ c th a y d ổ i vO ng q u a y c ủ a m á y b ơ m c ó th ể th ự c h iệ n b ằ n g m á y b iế n tầ n M á y b iế n

t n là th iế t b ị b iế n d ổ i tầ n số fi ( th ư ờ n g là t n s ố c ủ a lư ớ i d iệ n 5 0 H z ) s a n g m ộ t tầ n số Ỉ2

t r ê n p h ụ tả i c ó th ể d iề u c h in h d ư ợ c C ó h a i lo ạ i m á y b iế n tầ n : M á y b iế n tầ n g iá n tiế p v à

m á y b iế n tầ n c h o m á y b ơ m c ó K = 7 5 k w , v ớ i tổ n g v ố n d ầ u tư k h o ả n g 8 0 0 triệ u dồng

N h i g s a u m ộ t n ă m , số tiề n d iệ n tiế t k iệ m d ã dU b ù số v ố n d ầ u tư m á y b iế n tầ n dó

+ M ỡ h ln h A : M ộ t m á y b i d ư ợ c d iề u k h iể n b ằ n g 01 m á y b iế n tầ n , cO n c á c m á y

b ơ m k h á c d ư ợ c d iề u k h iể n b ằ n g c á c p h ư ơ n g p h á p tru y ề n th ố n g

+ M ở h ln h B: M ỗ i m á y b ơ m d ư ợ c d iề u k h iể n b ằ n g 1 m á y b iế n tầ n C ó C a r d riê n g + M O h ln h C: M ỗ i m á y b i d ư ợ c d iề u k h iể n b ằ n g 1 m á y b iế n tầ n v ớ i b ộ d iề u k h iể a

lo g ic v à m á y tin h

ﺀ

Ễ

13

Trong 3 mỏ hình trên, mô hình A là dơn g؛ản và vốn dầu tư ít nhất, nhưng khó dạt híệu quả cao khi dư^ig ống có lưu lượng lớn hay thay dổi nhíều và dọt ngột.

Mô hlnh c : Rất hiện dạỉ, dáp ứng các sự thay dổi của dường ống Tuy nhiên vốn dầu

tư lớn và quản lý phức tạp, dòi hỏi cán bộ quản lý phải có trinh độ cao.

DUng các mồ hình trên, ta khồng nhftig có thể lập trinh díều khíển mạng lưới tlieo yêu cầu về lưu lư^ig và áp lực mà còn bảo vệ an toàn mạng lưới và chống tổn thất khi có

sự cố dương ống Ví dụ, khỉ d ư ^ g ống bị vỡ, áp lực giảm dột ngột thl card dỉều khiển sẽ

ra tin hiệu dừng hoạt dộng của các bơm vận hành và dưa ra tin hiệu cảnli báo sự cố.

2.2.3.3 Bánh x e công tác của m áy bơm

Thay dổi dường kinh bánh xe công tác cũng làm thay dổi quan hệ Q, H và N ٧ iệc thay dổi lưu lượng, áp lực và công suất máy bơm dược thể hiện bằng công thức sau dây:

Theo nhiều tài liệu thi khả năng cắt gọt báiih xe công tác có thể thực hiện tối đa đến 25% Nhưng thực tế, để máy bơm hoạt động tốt với hiệu suất cao thì người ta khuyên chỉ nên cắt gọt từ 5 - 15% đường kính bánh xe công tác của bơm Đồng thời, việc cắt gọt phải được thực hiện trên máy công cụ tốt nhàm đảm bảo máy bơm hoạt động ổn định, không bị biến dạng, sai lệch, tránh làm giảm hiệu suất của máy bơm.

Bảng 2.2 Ví dụ sự thay đổi đường kính bánh xe công tác

2.2.4 Tốỉ ưu hóa các quá trinh công nghệ

Trong quá trinh xử lý nước thiên nhiên cQng như xử lý nước thải, vấn dề lựa chọn công nghệ luôn la một bài toán khó Việc tinh toán, diều chinh các thông số trên cơ

sở các dữ liệu dầu vào, các diều kiện ràng buộc, bao giờ cũng gắn liền với kết quả lựa chọn công nghệ và quy mô của các công trinh xử ly như؛ Be lắng, bể lọc, bể Biophin, bể Metan

٧ d ụ l :

Trong công nghệ khử sắt, việc oxy hóa sắt Fe ٠ thàn,h sắt F e có ý nghĩa quan trqng Đồng thời, quá trinh oxy hóa này phụ thuộc vào các thông số: Bộ pH, độ kiềm, dạng cấu trUc phân tử Fe ٠ + (dạng keo hay dạng tự do ) Nếu oxyt sắt Fe ٠ ' ở dạng keo thi xử lý nhu thế nào? Bằng cái gì? Giả sử dUng Clo thỉ liều lượng là bao nhiêu? Hòa trộn Clo trong công trinh dàn mưa hay bể lắng? Ngoài ra, dối với bể lắng thi các yếu tố: Thời gian lắng, chu kỳ và quy trinh xả, vv dều là n htag yếu tố cần quan tâm.

٧ íd ụ 2 :

FIOa chất dUng cho công nghệ cấp thoát nước như: phèn, vôi, Clo, Polyacrilamit hay lượng oxy (không khi) cho vào từng công đoạn trong các công trinh dơn vị cUa quy trinh xử ly nước uống hay nước thảỉ đều rất quan trọng Một liều lượng phèn hợp lý (tối ưu) sẽ cho một chất lượng nước tốt và giá thành thấp, một liều lượng Clo (Cl") thích hợp bao gồm cả Clo sơ bộ và Clo khử trUng sẽ dảm bảo nước vô trUng và không có mùi khó chịu.

Muốn làm dược như vậy, phải tỉến hành nghiên cứu, phân tích các mẫu thử khác nhau Ví dụ như: khảo sát các liều lượng phèn, Clo, vv khác nhau áp dụng cho cUng một mẫu nước thô Sau dó đánh giá, so sánh trên cơ sở ứng dụng các máy p h n tích dể dánli gíá độ dục, độ pH, số lượng vi khuẩn, Coliform có trong nước, nồng độ Clo d ư , Mầu thử có thể lấy nhiều іП trong ngày (cách nhau 1, 2, 3 giờ đồng hồ) và nhiều ngày trong một mùa Các sổ liệu thi nghiệm sau dó dược ghi chép tỉ mỉ theo từng năm

dể tỉm hiểu quy luật biến dổi của nước nguồn và các chỉ tiêu hóa chất tương ứng cần có.

2.2.5 Các bàỉ toán tối ưu tổng họp trong cấp thoát nước và môi trương

Ngoài những dạng bài toán dã nêu trên, trong n g n h cấp thoát nưởc và môi trường còn nhiều lĩnh vực ứng dụng mô hình toán và lý thuyết tối ini và tổng hợp các bài toán thực tế như:

- ٧ iệc bổ tri bâi giếng khai thác nước ngầm;

- Cấu tạo từng giếng khoan dơn lẻ;

- Sự làm việc liên hoàn giữa bai giếng - Bường ống nước thô - khu xử lý và:

't Nếu là nước thải thi theo sơ dồ: Trạm bơm - Bương ống d n - Khu xử lý;

t VỊ tri các bâi thu gom rác và khu chôn lấp rác hợp vệ sinh

CQng là những dốl tượng cần dược khảo sát, nghỉên cứu tối ưu như những bài toán hay trong lĩnh vực này.

2.2.6 Xác định lịch chạy bom

Xác định lịch chạy bơm cho hệ thống cấp nước từ các giếng khoan khai thác nước ngầin đến trạm xử ly nước với các thông số:

1 Trạm xử lý có công suất không dổi ٧ à b n g Σ ٩ ί = K.

2 Trong tổng số giếng Hi, Η2, Η3 và Η4 chỉ có 03 giếng hoạt dộng và 01 giếng

dự phOng.

3 Mỗi gỉếng dều có các thông số thủy văn của minh.

4 Lim lượng Qn = Qij

Để giải bài toán tối ưu này chUng ta cần xác định các bước quan trọng trong quá trinh hoạt dộng của hệ thống trước tiên.

a) Xác định tổ hợp bơm phải chạy trong tháng (p = 120 giờ) với các diều kiện cho trước:

16-20 ngày

21-25 ngày

26-30 ngày

Sau khi xác định tổng hợp bơm cần t؛én hành tinh toán các thOng số ihUy !ực của

hệ thống:

EQ = K١Ọn,Hn,Sn b) Phài xác định lưu lượng Q, áp lực bơm H ١ 'à độ hạ thấp mực nước S(Q) và Δ8 cho tù'ng giếng, cho từng trương hợp chạy bơm.

c) Xác định tổ hợp bơm với các thông số thUy văn có lợi nliất mà khả năng mỗi giếng cho pIiCp.

— KQn — Qmax cho phCp, H n, Smax

d) Xác định giá tiền diện clio tírng trường hợp và so sánh dể tim ra tổ hợp bơm có chi phi nhỏ nhất.

t - thời gian chạy bơm;

σ - giá tiền điện;

η - hệ số hiệư dụng của bơm.

9 Áp dụng ví dụ tínli clio nhà máy nước Hạ Dinh Hà Nội.

1'rirờng hợp 1 : Clil tinh clio 04 giếng, trong dó 03 gíếng hoạt động.

Irường hợp 2; Phải tinh clio toàn bộ liệ thốirg 10-12 giếng và số giếng dự phOng là 3.

L u u ỷ : Từng giếng có lưu lưcmg và hệ số hạ thấp mực nước khác nhau, clio nên cần lựa chọn giếng nào hoạt dộng và hoạt động vơi công suất bao nhỉẽu Diều này sẽ ảnh hướng dến giá thành bơm.

2.2.7 Tở'i ﻻﻻ hóa trong quản lý, vận hành các gỉếng khoan và trạm bom gîè'ng

!'rong các loại nguồn nước dược sử dụng dể cấp cho dô thl thi nước ngầm là nguồn nước dược đánh giá cao V ؛ ، sử dgng rộng rẫi Dể thu nước ngầm, trước hết phải khảo sát dỊa chất ờ các vị tri dặt giê.ng khoan, thu thập và tli؛ê't lập các tài liệu dỊa châ't cOng trinh, dỊa chất thUy văn cOng trinh và xác định vỊ tri các tầng chứa nước Dể dạt dược tối ưu thl cần hạn chế các sự cố xảy ra trong quá trinh khai thác và sử dụng.

dhOng thưCmg, việc khai thác và quản lý nước ngầm thường gặp các híện tượng sau:

L ệ c h ố n g g i ế n g ; dọ lệch ống giếng cho phép là 1/1500, nhưng do kỹ thuật và diểư kiện tlii cOng của chUng ta khOng tốt nên thường dẫn dến bỊ lệch ống giếng so với yêu cầu cho phép Dỉều này thương khó sửa chữa và sữa chữa rất tốn kém, ít khi dạt dược

tr ٤١ ng thái ban dầu Cdch chữa thOng thường là dUng kích thUy lực dể kéo về vỊ tri ban dầu, sau dó đổ bêtông chèn dể định vị lại thành glê'ng.

C h i t t ắ c ố n g l ọ c : Sau một thời gian khai thác, ống lọc bị chít tắc làm g؛ảm hiéu quả khai thác nuớc, thậm chi giếng bị vô hiệu hóa Khi đó cần khắc pliục bằng các Ik؛ thuật khác nhau nhung thuờng luu luợng giếng chỉ duợc phục hồi tối da không quá 90-95% Các biện pháp gồm:

- Thổỉ rửa bằng máy nén khi với áp lực bằng p = 7kg/cm2;

- Lau rửa cơ khi;

- Lau rửa bằng nuớc và hóa chất (ví dụ: giếng bị chít tắc bởi cặn sắt);

- DUng kíp mln nổ với áp lục p = 50 - 150 at.

C h a t Iư ợ /Ιίξ n ư ớ c g iả m s ú t : nếu quá tiêu chuẩn thl buộc phải bỏ giê'ng và khoan giếng khác thay thế.

2.2.8 Thau rửa dường Ong

Khi gặp truínig hợp liru lượng nước và chất lượng nước sau khi ra khỏ؛ nhà miá) nước

bị giảm chiíng tỏ có chất bẩn trong dường ống hoặc phụ tUng Vì vậy dể dảm bả) chất lượng nước luôn dạt yêu cầu sử dụng thi cần định kỳ thau rửa đ ư ơ g ống hoặc kii sửa chữa dương ống phải xả cặn ờ những noi có van xả Còn nếu lưu lượng giảm tkì cấn kiểm tra xem có sự cố do van bị dOng bất thương và phải kiểm tra bằng dồng hổ đo lưu lượng và áp lực.

Các phương pháp thau rừa gồm:

- Khi có sự cố phải chia từng đoạn ống kiểm tra và thau rUa.

- Trên ổng câ'p nước, cứ 500-700 n ١ phải có một van chặn Khi thau rửa, mờ van chặn mỌt íJầu và đấu nối dường ống vứi bơm Đầư kia thi khóa van chặn lại, sau dó dUng van

xả dể xả cặn Trong một dợt sửa chữa phải thau ríra ít nhất vài lần.

- Nếu ống có cặn vOi, cặn sắt và bơm áp lực khOng dược thl pliải pha dung dỊch axit loẫng 5% ngitm trong dương ống 2-4І1.

- DUng một quả bOng bể mặt ngoài có các lớp tua sắt tương tự cliổi, quả bOng nối bằng dây thép ờ hai dầu bằtig 2 tơi và quay tơi cho quả bOng chuyển dộng trong ống Hoặc dUitg bơm nước vào một dầu Ong dặt quả bOng, áp lực nước dẩy quả bOng chạy xoiíy trong ống giUp cọ sạcli ống Quả bOng có thể bằng gồ hay bằng nhựa.

+ Trường hợp quả bOng bằng gồ: do trọng lượng riêng nhẹ hơn nước quả bOng sẽ nổi trên mặt nư& Lúc này, tại vị tri quả bOng, tiết diện ống sẽ giảm di vận tốc nước tăng lên và sẽ khỉén bong lớp cặn dOng trên dưCnig ố

+ Trương hợp quả bOng bằng nhựa: lúc này người ta sẽ sử dụng tờí dể kéo quả bOng chuyển dỌngqua lạ؛ dể làm bong lớp cặn bám.

- Trường liợp ống quá bẩn thi pliải kê't hợp 2 hay nhiều biện pháp kể trên.

- Nê'u dưòng kinh ống lớn hơn 500 mm thl có thể cho cOng nhân chui vào cọ rửa.

та quay

H ì n h l ề

2.2.9 Lý thuyẻt cơ bản trong xác định tỏ'í ưu hóa dường ống cà'p thoát nước

Tiong thự ذ tê' cấp thoát nưỏc thi dường ống thường dược xác định theo vận tốc trung bìnli, dựa vàớ lưu lư ơ g pl ١ ân bố theo các vUng tiêu thụ nước và diều k؛ện làm việc an toàn của mạạg lưới bằng các phương pliáp: DUng biểu dồ, dUng bảng lưu lượng giới hạn Tất cả các phương pháp dó chỉ là phương pháp gần dUng, còn thực ra tinh toán đưímg ống kinh tế là một quá trinh rất phức tạp và khó khăn.

Mạng lướ; cấp nước có hlnh thù rất khác nhau tuỳ thuộc vào mặt bằng quy hoạch xày dựng và sự piân bố các dối tượng dUng nước trong phạm vi thiết kê' D ؛ều kiện cấp nước của mạng lưJỈ cũng khác nhau Trên mạng lưới còn có sự tham gia cùa các cOng trinh dỉểu hòa, dự trữ và trạm bơm cấp II Chế độ làm việc cùa mạng lưới liên quan tớỉ chế độ làn ١ việc cùa trạm bơm cấp II và các cOng trinh diều hòa, dự trữ.

Tinh toán thUy Itrc mạng lưới cấp nước thi dược tiến hành với dưCnig kinh ống dẫn (lấy sơ bộ thío lưu lượng phân phối ban dầu) và mục dích là di tim lưu lượng dUng cho

c á c đ o ạ n ố n g C ò n tin h to á n k in h t ế k ỹ th u ậ t h ệ th ố n g d ẫ n v à p h â n p h ố i n ư ớ c ih i c ả lia i

lư ợ n g lẫn d ư ờ n g k in h ố n g d ề u c h ư a b ؛ế t١ cắc c h ỉ tỉê u k in h tế d ư ợ c đ á n h g iá tlie o m ứ c đ ộ

c h i p h i v ố n d ầ u tư (W ) c h o to à n h ệ th ố n g N g o à i ra h iệ u q u ả k in h t ế c ò n p h ụ thuỌ'C v ào

c á c yê'u tố h ê n q u a n dê'n n g u ồ n v ố n d ầ u tư v à c á c d iề u k iệ n c ụ c b ộ k h á c C h i p h i v ố n

h à m s ố c ủ a lư u lư ợ n g n ư ớ c c h ả y tro n g c á c đ o ạ n ( q ؛-k) v à d ư ờ n g k in h ( d؛ k) cíia c h ú ỉig tliì ٠

lư u lư ợ n g k in h t ế n h ấ t (qk()và d ư ờ n g k in h (dki) tư ơ n g ứ n g v ớ i tổ n g c h i p h i v ố n d ầ u tư là

d ó , c h ؛ p h i d íệ n n ă n g c h o v ỉệ c b ơ m n ư ớ c dO ng vai trò c h ủ d ạ o , cOn c á c c h i p h i k liá c liên

q u a n d ế n v iệ c q u ả n ly k ỹ th u ậ t và sử a c h ữ a h ệ th ố n g c h ỉ c h iế m m ộ t tỷ lệ tư ơ n g d ố i nliO (tin h b ằ n g % )

C q l — C điện + C bảo dưỡng + CsiVa chữa ؛ .

^’! ١ اآا ١ ج с Ili phi !iên quail ، ﺎﺧ'اا việc đảiĩi bảo Iiăng lutíiig dược xác dỊiih bằiig sở' !ượng nước và áp !ực cần phải dẩy ν؛ιο hệ lhỏ'ng áp lực này đirợc xác dịnli bằng SI.Í chênli lệcli gitra cốt do áp tại điểm tínli toííii bâ't lọi và cốt mực nước trong bể chiía ntrOc sạch cíia

tr ٤ )m bơm cấp II và tổng giíí trị tổn thiít áp 1 0 ا؛ trong hệ thống Tổn thâ't áp lực phụ thiiộc và các g؛á trl sức kháng tliLiy Irtc và dược xác đỊnli bằng cliiềư dài, dương kinh các luyê'n ống và lưu lượng nước chảy trong ống COn chi phi sửa chữa hàng ngày pliụ thuộc vào clii plií xây d n g và dirợc tínli bằng phần trăm cùa chi phi xây dtmg và dược

ký hiệu

làCxD-Nếu chiing ta tách chi phi sửa chữa hàng ngày ( ٩ ٥ ) ra khOi chi phi quản ly thi chi plií quản ly còn lại sẽ là Cql, khi ấy ta sẽ có công thức xác dỊnh tổng chi plií vốn dầu trr cho 1 năm tiong thơi hạn tínli toán là:

Nếu dạt tỷ số إ = E, ta sẽ cO cOng thức xác định tổng chi phi vốn dầu tư cho 1 năm trong thời hạn tinh toán:

Giá thành xây dựng hệ thống cấp và phân phối nước dược xác dỊnh chủ yếu bằng giá th.Inh mạng lưới cấp thoát nước và liệ thống ống dẫn Còn giá t,hành xây dựng tr؛Ịm bơm chiê'm mỌt phần tương dối nhO trong giá thành chung của hệ tliOng Giá thành các cOng trinh khác khOng ảnh hương lới sự đánh giá kinh tê' tổng thể các cOng trinh cùa hệ tliOng câ'p nirớc.

Thílnh pliần chủ yê'u của giá thinh xây dtrng các cOng trinh của hệ thống ống dẫn và pliăii pliOi nước (giá thànli mạng lươi và hệ thống ống dẫn) phụ thuộc vào chiều dài và dương kinh cíia các đoạn Ong (klii dă lựa chọn dược loại ống và thiết bỊ yêu cầu) Klii tinh toán liệ tliOng tliì cliiều dài của đoạn Ong coi nhir đã biê't, còn dưCmg kínli cíia chUng cần phải xác dỊnh.

Vấn dề dạt ra là phải tìin ditơng kinh kinh tê' nhất cho các đoạn ống của hệ thOng, tức

là di tim tOng chi phi xây dựng và quíln ly hệ thống là nhỏ nhất (Wmin).

Giá thành một mét ống dược biếu diễn bằng cOng thức tliực nghiệm, cOng thức này có dạng một hàm số của dương kínli, và nó phụ thuộc vào vật liệu làm ống, diều kiện xảy dựng mạng lưới (như độ sâu chOn Ong, dặc điểm dịa chất, mực nirớc ngầm tại nơi xây dựng mạng lưới, phương pháp thi cOng và các diều kiện khác ).

COng tliức xác định giá thànli một mét d ư ^ g ống có dạng:

trong đó:

a, b - Ciic hệ số phụ thuộc vào vật liệu ống và các diều kiện xây dựng tuyến ống;

a - hệ sO dặc trimg clio phần vốn cố định của giá thành và khOng phụ thuộc vào dường kínli ống.

K h i ấ y g iá th à n h x â y d ự n g to àn b ộ h ệ th ố n g ố n g d ẫ n v à p h â n p h ố i n ư ớ c sẽ là:

1tro n g đ ó :

(2.12)

D ẻ g iải bài to á n tối ưu h ó a dưCmg kíiih ố n g đơ n tro n g d ỉề u k iệ n tĩn h , n g h la là th e o m ộ t

c h iề ư dOng c h ả y n h ấ t đ ịn h và khOng d ấ u vào m ạ ch vOng, ta lậ p h à m m ụ c tiêu th e o d ạn g :

n=l

L 'i'^ )“ ) L t P ( H t 2 h ) Q - > m in

؛ ' ' " ' h

؛ " " Q

D ể m in h h ọ a str rà n g b u ộ c c ủ a c á c chi p h i ta x â y d ự n g b iể u d ồ b íể u d iễ n c á c tliO ng s ố

n h ư clii p h i x â y di.m g với lini Itrợng, g iữ a tổ n th ấ t v à d ư ờ n g k in h từ d ó ta x â y d ự n g d ư ợ c

b iể u đ ổ tố i iru c ù a tuyê'n ố n g dó T rên b iểu d ồ ta sẽ th ấ y đ iể m c ự c trị c ủ a d ư ờ n g tố i ưư c ó

th ể sẽ khO ng trU ng với g ia o đ iể m c ủ a hai d ư ^ g c o n g k in h p h i x â y d ự n g v à tổ n th ấ t

Hình 2.5 Dồ thi ,XCK■ ج ا اا đường kínti ống tối tfu

c - h ệ s ố c h iế t k h ấ u c ó tin h đ ế n tliời g ia n s ử d ụ n g c = 1 ,0 6 1 ,0 8 ؛

B ằ n g c á c th u ậ t to á n tố i ưu trê n , ta c ó th ể lậ p d ư ợ c k ế t q u ả c á c d ư ờ n g k in h g iớ i h ạ n

H o ặ c g iả i g ầ n đ ú n g b ằ n g c á c h g iả th iế t c á c vị tr i c ủ a k h u x ử lý rổ i so s á n h tổ n g c h i

p h i N ế u s ử d ụ n g p h ư ơ n g p liá p n à y till p liải ứ n g d ụ n g c a c b à i to á n tố i ư u c ụ c b ộ , n g h ĩa là kê't h ợ p b à i to á n x á c đ ịn h d r r ^ i g k in h ố n g k in h tế và c h ọ n đ ộ d à i tu y ế n ố n g h ợ p ly

CHƯƠNG 3

TỐI ư u HÓA ĐƯỜNG KÍNH ÓNG

3.1 SỤ CẦN THIẾT TỐI ƯU HÓA ĐƯỜNG KÍNH ỐNG

T r o n g h ệ th ố n g đ ư ờ n g ố n g c ấ p , th o á t n ư ớ c b a o g ồ m c á c y ế u tố q u a n trọ n g :

a) Vật liệu ống

Đ ư ờ n g ố n g c ó th ể là m b ằ n g g a n g , th é p , đ ồ n g , c h ì, b ê tô n g , b ê tô n g c ố t th é p , th u ỷ tin h , s ợ i tổ n g h ọ p , n h ự a pvc, H D P E , P P R

b) Phưo ٠ ng pháp đấu nối

C á c b à i to á n tố i ư u á p d ụ n g tr o n g c ấ p th o á t n ư ớ c đ ề u đ ư ợ c g ắ n liề n v ớ i h iệ n tư ợ n g

a ) ٧ớ ؛ d iề u k ؛ệ n c h o trư ớ c ph ải d ạ t d ư ợ c k ế t q u ả c a o n h ấ t v à d ó là b à i to á n C ự c d ạ i.

b ) ٧ ớí m ụ c d íc h c h o trư ớ c c ần tiế n h à n h sao c h o c h i p h i là n h ỏ n h ấ t D ó c h in h là b à i

N h ư trê n d ã trin h b à y , chi phi d ề x ây lắp h ệ th ố n g d ư ờ n g ố n g c ấ p th o á t n ư ớ c d ư ợ c tiế n

h à n h n g a y m ộ t lần khi d ầ u tư xây d ự n g m ạn g lưới d ư ờ n g ố n g v à d ư ợ c k ý h iệ u là

tr o n g d ó : a , b , a - c á c h ệ số d ầu tư tu y ế n ố n g v à p h ụ th u ộ c v à o : ٧ậ t liệ u ố n g ; P h ư ơ n g

p h á p th i c ô n g ; C á c h n ố i ốn g; D iề u k iệ n d ịa c h ấ t cUa tu y ế n ố n g

D ư ớ i d â y là ví d ụ tin h g iá x ây d ự n g c h o m ộ t số tu y ế n ố n g b ằ n g th é p , g a n g , b ê tô n g

T r o n g k h i d ó , ch i p h i d iệ n n ă n g d ể b ơ m n ư ớ c v à c h i p h i k liấ ư h a o , s ử a c h ữ a lại c ó ý

n g h ĩa q u a n tr ọ n g c h o v iệ c tin h to á it d ư ờ n g k in h tố i ưư

N hư vậy tiền điện được tính theo công thức;

Ce = Q niaxH.(P] + P2)

trong đó;

t - thời gian chạy máy 1 năm = 8760 giờ;

ơ - giá tiền điện đ/kwh

؟L

٦

؛"

Q

G iá s u c ù n g m ộ t lo ại ố n g١ n u h ĩa là Kị = K2 ía có:

d J

5 i

^2

L,)

ci->Q(

2 ^

] 2 )]

1

~ (®

Đ ư a p h ư ơ n g trìn h (3 1 6 ) v ào h àm m ục tiê u v à g iả i p h ư c m g trìn h , ta đ ư ợ c

(3 1 6 )

(3 1 7 )

Z l =

2aL| +

N ế u !ấy ٦' là số g iờ liơ ạt đ ộ u g 8 7 6 0 g iờ /n ă m th i w sẽ là:

8 ,8 4 1 θ '2 η ι.σ

w =

K^.n.b.a.c Với các hệ số:

m - liệ sổ Manning - Strickler và bằng 5,3333;

σ - giá điện cho 1 KWH;

p - trọng lượng riêng ctia nước và bằng 1 ;

Km - hệ số nháin của ống, phụ thuộc vào vật liệu ống và bằng 80 - 130;

η - liệ số hiệu dụng của bơm;

a, b, a - tiệ số trong công tliLrc tinh clii plií xây dựng tuyến ống Các liệ số này dêu xác dinh bằng thực ngliiệm (xeni cOng thức 3.7);

c - hệ số claiết khấu trong cơ chế kinh tế thl trường và c = 1.07362 (nếu T = 4 0 -5 0 năm)

3.4 C Á C B ư ớ c t iEn h à n h

Đe xác dinh đ ư ò n g kinh Tốỉ ư u ta cần thực hiện các bước:

A Thứ nhất, phải xem vật liệu ống là Gang, Thép, BTCT hay nhựa (HDPE liíiy PVC) Sau dó lấy báo giá ống của Nhà sản xuất và tinh giá xây dụ'ng tuyến ống bầng cách nliân VỚI hệ số Vận chuyến, hệ số phụ tùng dường ống (như; Van, tê, cút, măng sụng ) và hệ số thi cOng Các hệ số này tíiy thuộc vào từng dịa phương.

Hệ số vận cliuyển thường lấy bằng: 0 | = 1,05 - 1,10

Hệ số phụ tUng 0 1,15- 1,05 = ذ

Hệ số tlii công 0 1,3- 1,15 = و

B ThU' hai, sau klii có các liệ số và giá trị clii plií dường ống sẽ till công, cần phải

xác định 3 hệ số cơ bản dể xác định chi phi xây dựng tuyến ổng, cụ thể là a và b băng cách thử và so sánh độ sai số Nếu sai số nàm trong khoảng 1 ٥ /o - 5 % là cliâp nhận dược.

C Thứ ba, tOnh d ư ờ n g k in h tố i ư u th e o cOng th ứ c (3 1 8 ) T ấ t n h iê n k ế t q u ả sẽ c h o ta

!n ộ t c ỡ d ư ờ n g k in h c liín h x á c tớ i tírn g m m n g h ĩa là khO ng c ó tro n g th ị tr ư ờ n g V ì v ậy ta

p h ả i lụ'a c h ọ n tro n g s ố nhũ'i١g d u 'ơ n g k in h ố n g tiê u c h u ấ n g ầ n v ớ i d ư ờ n g k ín li tôi u'u tin h to á n

D Thứ tư, so sánli giá trị kinli tế giữa 3 dường kínli: ه ا < D tối ưu < ٥2 theo công thức (3.18) Trong dó cần lưu ý các clii phi áp dụng cho tliời hạn 1 nâm tinh toán Nhu' vậy clii phi nào nliO till dO cliínli là đường kinh cần lụ'a chọn.

Khi lựa chọn dường kinh cần cho lưu lượng dU nhỏ dề phân biệt bước nliảy cUa dường kinh ống.

E Thú' năm, klii có dường kínli tối ưu Iụ'a chọn, pliải biếu diễn mối quan liệ giữa lưu

lượng và dường kínli dó bằng biểu đồ, cững như xác dịnli các vận tốc giới hạn, vận tốc kinh tế ứng với các diều kiện cUa tuyến ố!ig đã clio.

- Xác định các thông số tính toán trạm bơm giếng.

- Lập tổ họp giếng khai thác.

- Chọn lịch hoạt động của bơm.

4.1.1 Xác định các thông số tính toán trạm bơm giếng

4.1.1.1 Luu lượng bơm giếng

a) Lưu lượng hệ thống trạm bơm giếng

Theo yêu cầu của Côn؟ ty nước sạch Hà Nội thi công suất khai thác trung binh ngày của nhà máy nước Hạ Đình là 22000 m^/ngđ Do đó lưu lượng tính toán cho hệ thống trạm bơm giếng cùa nhà máy phải đáp ứng nhu cầu này.

b) Lưu lượng khai thác từng giếng

Do lưu lượng khai thác của từng giếng nhỏ, để đảm bảo tổng công suất nhà máy là 22000mVngđ các giếng phải được nhóm lại, phối họp với nhau cùng hoạt động Hiện nay tổng số giếng trên bãi giếng Hạ Đình là 12 giếng, nhà máy nước Hạ Đinh đang sử dụng 09 giếng phối họp với nhau cùng hoạt động và 03 máy còn lại là dự phòng [19] Lưu lượng khai thác từng giếng xác định theo công thức:

- Với n!i٢mg giếng gần trạm xử lý và có độ hạ nirrc nước khỗng lOn hơn độ liạ !nực nirớc clio phép thi giá 1اا cíia tỷ lệ khai thác đưực chọn sao clio kliai thác tối da công sriất cho phép ctia trạm trạm bơm giếng dó.

-V ớ i n h n ig giếng cácli xa trạm xử lý, giá trị của tỷ lệ khai thác của giếng dược chọn sao clio tống công suất của các giếng trong tổ hợp b n g công suất yêu cầu ctia trạm xử lý.

Nhu' đã trinh bày ở mục 2.1.3 công suất khai thác của các trạm bơm giếng cliì dạt

7 5 8 0 ؛ % công suất thiết kế.

Dưới dây là bảng tinh cho một nhOm giếng phối hợp với nhau cíing hoạt động bao gồm các giếng: H6, H7, HIO, H14, H15, H I 6, H17, H19, H22 (nliOm giếng 1).

S | - độ hạ mực nước ở giếng số 1 khi nhóm giếng làm việc đồng thời;

Q i١ Q2١ Qn - ١ưu lượng khai thác của giếng 1, 2 , , n;

Cột áp cua bơm giếng được xác dịnh theo công thức :

Hbg = H| ٦| + Ah| + Ah2 + Ah؟

trong đó:

Hhh - c h ê n h c ao h ìn h học từ d à n m ư a tới vị trí trạ m b ơ m g iế n g ;

Ah| - tôn thất irèi mạng lưới đường ống dẫn nước thô từ TBG đến dàn mưa;

Ah2 - độ chênh òao từ vị trí đặt trạm bơm tới mực nước động;

Ah3 - khoảng cách đặt bơm giếng so với mực nước động.

Giả thiết trạm xử lý đặt ở cốt 0.00 thi Hhh xác định theo công thức:

Hhh = VGM - VTR

tro n g đ ó :

VGM - cốt giàn phun mưa VGM = 11.3m

V T R - C ố t đ ặ t tr ạ m b ơ m g iế n g , th e o số liệ u n h à m á y n ư ớ c H ạ Đ ìn h c u n g c ấ p c ố t đ ặ t trạ m b ơ m g iế n g đ ư ợ c th ể h iệ n d ư ớ i b ả n g s a u

G iá trị c ủ a Hhh c ủ a từ n g b ơ m g iế n g đ ư ợ c th ể h iệ n q u a b ả n g sau :

Bảng 4.4: Chênh cao hình học từ dàn mưa vói vị trí trạm bơm giếng

Hiiilt 4.1 Sơ đồ tinh tocm thiỉỷ lire cho nhỏm gĩến^ l

Bảng 4.5 Tính thuỷ iực cho nhóm giếng 1

TITLE; BANG TINH THUY LUC NHOM GIENG 1

Từ bảng 4.5 ta lập được bàng tính tổn thất trên mạng lưới đưÒTig ổng dẫn nước thô từ trạm bơm giếng đến dàn mưa cho nhỏm giếng 1.

Bảng 4.6 Tốn thất trên mạng luỏi đưòng ống dẫn nưóc thô nhóm giếng 1

trong đó:

MNT - mực nước tĩnh theo số liệu của NMN Hạ Đình cung cấp.

Bảng 4.7 Mực nưóc tĩnh của từng giếng

Từ bảng tính 4.2 và bàng tính 4.7 ta lập được bảng tính chênh cao từ vị trí đặt trạm bơm tới mực nước động cho nhóm giếng 1.

Bảng 4.8 Chênh cao từ vị trí đặt trạm bơm tói mực nuóc động cho nhóm giếng 1

Л Ьз - khoảng cách đặt bơm giếng so với mực nước động, lấy АЬз = 2m.

Từ đó ta lập được bảng tính cột áp của các máy bơm trong nhóm giếng 1.

Bảng 4.9 Cột áp của các máy bo٠m trong nhóm giếng 1

N = Cn^

trong đó:

N - tống số tổ hợp giếng;

n - tông số giếng có trên bãi giếng;

k - số giếng hoạt động đồng thời