Xem mẫu

  1. CHƯƠNG II THIẾT BỊ VÀ CÔNG TRÌNH PHỔ BIẾN HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC & CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC II.1. GIỚI THIỆU Để một hệ thống cấp nước hoạt động trong khai thác vận hành, sửa chữa cần có một số thiết bị và công trình hỗ trợ. Trong chương này sẽ giới thiệu một số các thiết bị thường gặp và các công trình được xây dựng trong một hệ thống cấp nước. II.2 CÁC THIẾU BỊ VÀ CÔNG TRÌNH PHỔ BIẾN III.2.1. Bơm tăng áp Trong trường hợp áp lực nước trong mạng lưới đường ống có những nơi cục bộ không đáp ứng giá trị yêu cầu tối thiểu người ta sử dụng bơm tăng áp. Thông thường, nước cấp đến tất cả các nơi trong khu vực thiết kế sẽ được đảm bảo nhờ vào các bơm tăng áp (gọi là bơm có cột nước cao); các bơm này sẽ lấy nước từ các bồn chứa nước điều hoà của hệ thống. Khác với chế độ làm việc ở trạm lọc, loại bơm này phải đảm bảo thoả mãn các nhu cầu tại mọi thời điểm sử dụng nước. Cột nước sử dụng tại trạm bơm tăng áp biến đổi theo địa hình nơi xây dựng, theo nhu cầu nước, theo kết cấu của mạng lới phân phối, theo kích thước đường ống (đ- ờng kính). Với các vùng đất tương đối bằng phẳng, áp suất sử dụng biến đổi trong khoảng 300 kPa đến 600 kPa (30 đến 60m nước). Vị trí lắp đặt các bơm tăng áp có thể ngay trong mạng lưới, hoặc phối hợp với các bồn chứa nước ví dụ như đài chứa. Tuỳ theo địa hình khu xây dựng, có thể trong một số trường hợp áp suất gia tăng quá lớn (ví dụ, vùng đáy của thung lũng hoặc chân của một sườn đồi). Trong trường hợp đó thường phải sử dụng một thiết bị giảm áp. Trong trường hợp địa hình khu vực nghiên cứu thay đổi nhiều, khi quy hoạch mạng lưới có thể chia ra làm các tiểu lưu vực, với mỗi tiểu lưu vực có địa hình tương đối đồng đều. Trong trường hợp đó, chúng ta sẽ bố trí các van giảm áp nếu chúng ta phải giảm áp lực (nước đến từ vùng cao hơn) hoặc bơm tăng áp nếu chúng ta phải gia tăng áp lực nước (nước đến từ các vùng thấp). Tóm lại, khi thiết kế mạng lưới người ta cố gắng thiết kế tạo thành từng vùng trong đó áp lực nước không quá cao và cũng không quá thấp. III.2.2. Van điều khiển Trong công tác quản lý, vận hành một hệ thống phân phối nước đòi hỏi một số thiết bị chuyên dùng. Trong số này, van giữ một vai trò rất quan trọng, bởi vì nó cho phép điều tiết dòng chảy trong mạng lưới. Một số van điều tiết lưu lượng được trình bày trong hình 3.1 sau. Van ngắt: (a, b) cho phép chúng ta tách một vài đoạn ống cần kiểm tra (thay thế hoặc bảo trì) ra khỏi mạng lưới. Với các đường ống có đường kính lớn (≥ 350 mm), ta sử dụng van bướm, với các đường ống nhỏ hơn ta dùng van robinet. Thông thường, van phụ trách cho các đoạn đường ống không nên dài quá 150-250 m. Với các đường ống chính,chiều dài này có thể đạt đến 300-365 m. Một cách lý tưởng, van nên đặt đạt ở các vị trí đường ống giao nhau. Van clapet 1 chiều: (c) cho phép dòng chảy đi theo một chiều duy nhất. Chúng thường lắp đặt trên đường ống nối của mạng lưới của hai tiểu vùng có áp suất khác nhau, hoặc trên đường ống đẩy của bơm, hoặc trên đường ống lắp đặt đồng hồ nước. Van giảm áp: (d) cho phép đưa áp lực cao về áp lực tiêu chuẩn thiết kế 13 http://www.ebook.edu.vn
  2. III.2.3. Nối đường ống Để liên kết các đường ống thành một mạng lưới người ta phải thực hiện các nối đường ống. Có ba phương pháp nối cơ bản được thể hiện ở hình 3.3 Hình 2.2: Bố trí van trong mạng lưới Hình 2.3: Các phương pháp nối đường ống a) Nối cơ học; b) Nối lồng; c) Nối vòng kẹp Hai loại nối (a) và (b) được dùng cho đường ống chôn trong đất. Loại mối nối (c) cho liên kết các ống cứng hơn được dùng để nối các đường ống bên trong các kết cấu (trạm bơm nước thải, trạm xử lý nước sinh hoạt. . .). II.2.4. Cột lấy nước chữa cháy Được bố trí trên mạng lưới đường ống cho phép lấy nước để phục vụ chữa cháy. Phạm vi phục vụ của mỗi cột lấy nước phụ thuộc vào lưu lượng cần để chữa cháy; số lượng càng nhiều và càng gần nhau khi lưu lượng cần lấy lớn. Hình 2.4: Cột nước chữa cháy Thông thường, khoảng cách giữa 2 cột lấy nước chữa cháy dọc theo đường lộ không vượt quá 200 m trong khu phố dân cư. Trong các khu phố thương mại và nhà cao cấp, khoảng cách này thường 100 m. Nó còn được bố trí tại các giao lộ quan trọng, dọc 14 http://www.ebook.edu.vn
  3. theo đường phố có mặt diện kéo dài, trong các hẻm cụt, trong sân của các cơ sở có quy mô lớn và xe chữa cháy có thể vào được. Kết cấu chi tiết của cội lấy nước được giới thiệu ở hình vẽ bên cạnh. II.2.5. Bồn chứa nước. Một hệ thống phân phối thông thường có nhiều bồn chứa kể cả bồn chứa ở khu xử lý nước trung tâm. Mỗi bồn chứa có các nhiệm vụ sau đây: - Ðảo đảm sự hoạt động thường xuyên của nhà máy nhờ vào sự cung cấp nước từ bồn chứa ở trạm xử lý trung tâm: trong chu kỳ có nhu cầu dùng nước nhiều, sự vượt quá của nhu cầu so với khả năng cấp nước của trạm xử lý tại một vài thời đoạn, nước sẽ được bổ sung lấy từ các bồn chứa. - Cung cấp một phần lượng nước khi có hoả hoạn. - Thoả mãn một phần nhu cầu nước khi có sự cố trạm xử lý hoặc sự cố trên đường ống dẫn nước chính hoặc phụ. - Giảm sự thay đổi quá nhiều của áp suất trong đường ống bằng cách sử dụng nhiều bồn chứa trong mạng lưới trong chu kỳ sử dụng nước nhiều. II.2.5.1. Phân loại bồn chứa Ta có thể phân loại bồn chứa theo các tiêu chuẩn khác nhau: Phân loại theo mục đích sử dụng bồn chứa: Bồn cân bằng: Trong chu kỳ hoạt động 24 giờ của mạng lưới, khi nhu cầu nước vượt quá khả năng cấp của trạm xử lý trung tâm, bồn cân bằng sẽ hoạt động. Bồn chứa ở trạm xử lý trung tâm lúc đó chỉ có thể đảm bảo nhu cầu nước dùng một phần. Theo kinh nghiệm, thể tích bồn chứa cân bằng chiếm khoảng 20% lượng nước sử dụng trong ngày.Cấp nước cho một khu phố, một thành phố sẽ được tính cho ngày tiêu thụ lớn nhất. Bồn chứa dự trữ nước cho hoả hoạn: Để đề phòng hoả hoạn, trong thiết kế chúng ta phải dự kiến một thể tích nước nhất định để dự trữ phục vụ cho mục đích này. Thể tích cần thiết sẽ được quy định từ quy phạm với các yêu cầu cần phải thoả mãn như sau: - Lưu lượng cần thiết để chống một hay nhiều vụ hoả hoạn đồng thời. - Thời gian để dập tắt hoả hoạn. - Áp lực nước yêu cầu tối thiểu tại các địa điểm lấy nước phòng hoả hoạn. Một cách tổng quát, ta dự kiến cho trường hợp chỉ xảy ra một trận hoả hoạn trong thời điểm phải cung cấp nước cho ngày sử dụng lớn nhất. Không xét cho trường hợp tiêu thụ giờ lớn nhất. Bồn chứa nước dự trữ cho trường hợp khẩn cấp: Đây là lưu lượng cần thiết trong trường hợp xảy ra không lường trước được trên mạng lưới, ví dụ: như đường ống dẫn chính hay bơm. Bồn chứa nước cho sản xuất: Dự trữ trong trường hợp khi có sự cố xảy ra cho trạm xử lý trung tâm. Lượng nước dự trữ này thường lấy bằng 4 giờ hoạt động của trạm và nằm ngay vị trí trạm xử lý trung tâm. Phân loại bồn chứa theo vị trí: Thông thường ta có hai loại bồn chứa: đài nước và bồn chứa mặt (xây dựng ở cao độ tương đương với mặt đất). Ðài nước: Bồn chứa nước sẽ được thiết kế nằm trên một kết cấu đỡ (cao đến 20m-30m) Nước sẽ được đưa lên đài nhờ vào một bơm tăng áp (nếu cần thiết) trong chu kỳ sử dụng nước ít và sẽ chảy ra khỏi đài để đi vào mạng lưới, dưới tác dụng của trọng trường, trong chu kỳ sử dụng nước nhiều. Thông thường nước vào và ra khỏi đài sẽ đi lên cùng một đường dẫn. Hình vẽ sau đây trình bày sơ đồ làm việc của một đài nước: Ưu điểm : - Sự phân phối nước có sẵn trong đài nước là không gián đoạn khi có sự cố của bơm tăng áp hoặc đường dẫn nước chính, phụ. - Bơm dùng để cấp nước vào hồ hoạt động không cần liên tục. - Sự lựa chọn vị trí hợp lý của đài nước cho phép giảm sự thay đổi áp suất theo không gian trong mạng lưới (phân phối áp suất trong mạng lưới điều hoà hơn). 15 http://www.ebook.edu.vn
  4. Khuyết điểm: - Vị trí lựa chọn của hồ chứa phải bảo đảm sao cho duy trì được áp lực cần thiết trong mạng lưới khi nước trong đài ở vị trí thấp nhất; trong một số trường hợp, một phần năng lượng dùng đưa nước vào hồ bị lãng phí. - Thể tích dự trữ ở đài nước tối đa là giới hạn, bởi vì chúng ta chỉ có thể lắp đặt các loại bồn chứa có trong thị trường. - Trong mạng lưới, áp lực tạo ra từ đài nước có thể bị thay đổi sau khi lắp đặt đài nước bởi vì ta không thể thay đổi lại thiết kế nhiều cao đài nước. - Trong chu kỳ sử dụng nước ít, nhất là trong giai đoạn mới đưa vào sử dụng, chúng ta sẽ không sử dụng nước dự trữ trong một thời gian dài (có thể đến nhiều tháng). Thật vậy do áp lực tạo ra ở chân đài nước của các bơm tăng áp có thể vượt quá giá trị để đài nước cấp nước đi vào mạng lưới. Điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng của nước. - Một phần dung tích của đài nước sẽ không được sử dụng trong một số điều kiện. Ví dụ áp lực trong mạng lưới là thấp hơn so với dự kiến vì lưu lượng sử dụng lớn hơn so với trước đó. Mức nước nhỏ nhất trong đài có thể xác định khi thiết kế. Tóm lại, sự xây dựng đài nước trong hệ thống ngoài nhiệm vụ tạo ra thể tích nước dự trữ trong mạng lưới đài nước còn tạo ra và điều hoà áp lực nước trong mạng lưới áp lực nước sinh từ đài hoàn toàn phụ thuộc vào mực nước tại thời điểm khảo sát, không thể kiểm soát được. Tuy nhiên ta có thể kiểm soát dễ dàng trong trường hợp nếu sử dụng bơm tăng áp trong hệ thống. Bồn chứa bề mặt: Nước dự trữ cũng có thể có được nhờ vào các bồn chứa xây dựng ở cao trình mặt đất (có thể cao hoặc thấp hơn một ít so với mặt đất). Các trạm bơm tăng áp lấy nước từ các bồn chứa để đưa nước có áp vào mạng lưới khi áp lực nước trong mạng lưới giảm. Các ưu điểm của loại bể chứa mặt này như sau: - Giá thành xây dựng và khai thác loại bồn này thấp hơn so với đài nước. - Chất lương nước trong bồn loại này thường tốt hơn, có ít nguy cơ nước bị tồn lưu lâu ngày trong bồn chứa. - Áp lực nước dễ dàng kiểm soát nhờ vào bơm. - Về mặt mỹ quan, sự hài hoà của loại bồn chứa này vào không gian với môi trường chung quanh dễ dàng hơn -Vị trí đặt bồn dễ xác định. - Có thể chủ động thiết kế và chọn kích thước bồn mà không phụ thuộc vào thị trường. II.3 KHÁI NIỆM & SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CÁC CÔNG TRÌNH CHÍNH Hệ thống cung cấp nước (HTCCN) là một tập hợp của nhiều công trình đảm bảo cung cấp nước đủ số lượng & chất lượng yêu cầu cho các đối tượng dùng nước khác nhau đã được xác định. Tuỳ theo hình thức phân loại, HTCCN có thể có nhiều loại khác nhau. Nếu phân loại theo mục đích sử dụng nước có các loại: HTCCN cho sinh hoạt, cho sản xuất công nghiệp & cho nông nghiệp. Căn cứ theo đặc tính của nguồn cung cấp nước có các loại: HTCCN sử dụng nước mặt, nước ngầm & loại hỗn hợp. Theo phương pháp chuyển tải nước có các loại: HTCCN bằng tự chảy hoặc động lực với sự giúp đỡ của máy bơm. Sau khi đã xác định được tổng lượng nước cần của các đối tượng dùng nước người ta tiến hành xem xét phân tích để lựa chọn nguồn cung cấp nước & vạch sơ đồ thiết kế HTCCN. Trong một HTCCN, xem hình (II. I) thường bao gồm các hạng mục công trình chính sau đây: Số lượng các công trình cũng như vị trí tương hỗ giữa chúng trong một HTCCN có thể thay đổi tuỳ theo từng điều kiện cụ thể về nguồn nước, yêu cầu về chất & lượng nước dùng, đặc tính làm việc của mạng lưới cung cấp nước & điều kiện địa lý, địa hình, địa chất khu vực. 16 http://www.ebook.edu.vn
  5. Hình II.5 Sơ đồ tổng quát HTCCN 1. Công trình lấy nước; 2. Trạm bơm cấp I; 3 . công trình lọc & xử lý nước; 4. Bể chứa nước sạch; 5 . Trạm bơm cấp II; 6. Đường ống dẫn chính; 7. Công trình điều tiết; 8. Mạng lưới đường ống cung cấp nước. a. công trình lấy nước (1) có nhiệm vụ lấy đủ lưu lượng nước theo yêu cầu sử dụng có tính đến sự hao hụt dọc đường & hạn chế bùn cát, rác rưởi; b. trạm bơm cấp I (2) đưa nước lên công trình làm sạch & xử lý nước; c. các công trình làm sạch & xử lý nước (3) có nhiệm vụ lắng, lọc & xử lý nước theo yêu cầu của các đối tượng dùng nước; d. bể chứa (4) dùng để chứa nước sạch đã qua xử lý; e. trạm bơm cấp II (5) dùng để trực tiếp hoặc phối hợp với công trình điều tiết (7) đưa nước vào đường ống dẫn chính (6) phân phối cho mạng lưới đường ống cung cấp nước (8); f. công trình điếu tiết (7) có nhiệm vụ phối hợp với trạm bơm cấp II để dự trữ & điều tiết lượng nước thừa hoặc thiếu giữa các giờ dùng nước trong ngày. Nó có thể có mặt hoặc không có mặt, là tháp áp lực hay bể áp lực được bố trí ở đầu cuối hoặc tại một điểm nút nào đó của mạng lưới đường ống. Nếu nguồn nước thiên nhiên sẵn có chất & lượng tốt đáp ứng được yêu cầu của các đối tượng dùng nước thì không cần có các công trình làm sạch & xử lý nước & chỉ cần xây dựng một trong hai trạm bơm nói trên. Trường hợp địa hình, địa chất cho phép thì phương án bố trí kết hợp các công trình lại với nhau là kinh tế nhất, đặc biệt đối với các trạm bơm cấp I & II. Tháp nước cũng như vị trí của nó trong HTCCN chỉ có mặt khi biểu đồ dùng nước theo thời gian trong ngày của khu vực không đều cần phải có sự trữ lại & điều tiết lưu lượng giữa các giờ cao điểm dùng nước. Nói chung nếu chất lượng nước sẵn có của nguồn đáp ứng yêu cầu sử dụng không cần phải làm sạch & xử lý thì HTCCN sẽ được rút ngắn & đơn giản rất nhiều. Vì vậy các HTCCN từ các nguồn nước mặt phức tạp hơn nhiều so với lấy nước ngầm Hình II.6 HTCCNN từ nhiều nguồn 1 Các giếng khoan; 2. Mạng lưới đường ống cung cấp nước; 3 . Tháp điều tiết; 4. Bể chứa; 5. Trạm bơm cấp II. 17 http://www.ebook.edu.vn
  6. Trong việc cung cấp nước cho các thành phố người ta có thể dùng nhiều trạm bơm nước ngầm khác nhau cùng cung cấp nước vào một mạng lưới đường ống chung - gọi là HTCCN từ nhiều nguồn, xem (hình II. 6). Để phát huy hiệu quả kinh tế sử dụng tổng hợp nước & giảm giá thành sản phẩm còn có những dạng cung cấp nước khác nhằm mục đích sử dụng lại nước đã dùng. Trong nhiều xí nghiệp công nghiệp, nước sau khi đã được sử dụng cho mục đích kỹ thuật hoàn toàn không bị nhiễm bẩn, độc hại hoặc mức độ của nó không đáng kể sẽ được sử dụng lại cùng một mục đích cho chính xí nghiệp đó bằng một HTCCN tuần hoàn hoặc sử dụng lại cho một mục đích khác. Đối với các HTCCN kiểu tuần hoàn này phải bổ sung thường xuyên một lưu lượng khoảng 3...5 % lưu lượng yêu cầu để bù vào sự hao hụt. Đối với các nguồn nước như hố chứa đặc biệt là hồ chứa nhân tạo thường nằm ở vùng núi có địa hình cao hơn nhiều so với khu vực cần cung cấp nước nên không cần bố trí trạm bơm; nước được dẫn đến nơi tiêu thụ bằng tự chảy. Do tính đa dạng của HTCCN việc lựa chọn một sơ đồ cung cấp nước hợp lý sẽ có ý nghĩa rất lớn không những về mặt kinh tế xây dựng mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý, bảo quản chúng góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nước & giảm chi phí sản xuất. Nguyên tắc chung để lựa chọn loại hình cũng như sơ đồ HTCCN là phải bảo đảm cung cấp đầy đủ & liên tục nước dùng cả về khối lượng lẫn chất lượng đồng thời bảo đảm thi công xây dựng & quản lý chúng thuận lợi. Trong một khu vực bao giờ cũng có nhiều đối tượng dùng nước khác nhau với những yêu cầu khác nhau về khối lượng, chất lượng & áp lực nước, vì vậy việc lựa chọn giải pháp cung cấp nước cần phân tích so sánh các phương án dùng chung một hệ thống hoặc dùng các hệ thống riêng lẻ cho từng đối tượng dùng nước. Ở các thành phố lượng nước dùng cho sinh hoạt của dân cư chiếm tỉ lệ lớn so với các hộ dùng nước khác nên người ta thiết kế một HTCCN chung, trong đó chủ đạo là cung cấp nước cho sinh hoạt. Đối với một số xí nghiệp cần lượng nước không lớn nhưng chất lượng yêu cầu khác so với nước dùng cho sinh hoạt thì vẫn có thể lấy nước ở HTCCN chung của khu vực & tiến hành xử lý bổ sung cho phù hợp với yêu cầu của xí nghiệp đó như khử sắt, làm mềm, tăng áp lực v.v... Ngược lại nếu khối lượng nước yêu cầu của xí nghiệp nào đó lớn nhưng chất lượng đòi hỏi thấp thì nên chọn cho nó một HTCCN riêng. HTCCN chữa cháy có 2 loại: áp lực thấp & áp lực cao. Loại đòi hỏi áp lực thấp (từ 7...l0m H2O), khi chữa cháy dùng máy bơm tăng áp của xe cứu hoả bơm trực tiếp từ HTCCN của khu vực xảy ra hoả hoạn để dập lửa. Loại áp lực cao cần phải bố trí máy bơm có cột áp cao ở nhà máy nước bơm trực tiếp vào đường ống chữa cháy; áp lực nước trong đường ống phải đủ đưa nước tới vị trí cao nhất bất lợi để dập tắt lửa. Thường thường người ta kết hợp cung cấp nước sinh hoạt & chữa cháy làm một. II.4 CHẾ ĐỘ DÙNG NƯỚC NGÀY ĐÊM Chế độ dùng nước là một yếu tố cơ bản quyết định phương án bố trí HTCCN cũng như chế độ làm việc của nó. Chế độ dùng nước được biểu thị bằng lượng nước ngày đêm (còn gọi là biểu đồ dùng nước ngày đêm) của khu vực dùng nước. Đó là quan hệ giữa lưu lượng nước dùng theo từng giờ trong ngày Qg~t (Qg tính theo % lượng nước dùng ngày đêm), xem bảng (II.1) & hình (II.7). Đặc tính của biểu đồ dùng nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố theo từng mức độ ảnh hưởng rất khác nhau như dân số, mức độ phát triển công nông nghiệp, giao thông vận tải & nó luôn thay đổi theo ngày, tháng, mùa trong năm, thậm chí trong từng giờ. Vì vậy việc dự kiến nó một cách hợp lý là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất trong thiết kế một HTCCN, tất nhiên khả năng đạt được mức độ chính xác là rất khó khăn. Nói chung hầu hết các xí nghiệp sản xuất đều có chế độ dùng nước trong ngày tương đối điều hoà. Biểu đồ dùng nước của các xí nghiệp sản xuất hoạt động suốt ngày đêm thường điều hoà hơn; ngược lại trong một khu vực có nhiều xí nghiệp hoạt động đồng thời một ca thì mức độ dao động của biểu đồ dùng nước sẽ mạnh hơn. Gặp những trường hợp như vậy các xí 18 http://www.ebook.edu.vn
  7. nghiệp thường có hình thức tự điều tiết riêng của mình & lượng nước cung cấp cho chúng từ HTCCN chung của khu vực có thể tính cân bằng trong thời gian cả ngày đêm. Khó khăn & phức tạp hơn cả là việc xác lập chế độ dùng nước cho khu vực dân cư bởi vì nó luôn phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố liên quan đến sinh hoạt đời sống & hoạt động lao động của con người. Trong một khu vực mà dân số càng đông thì biểu đồ dùng nước ngày đêm càng điều hoà & ngược lại. Độ dao động của biểu đồ dùng nước trong ngày cũng được đặc trưng bởi khái niệm "hệ số dùng nước không điều hoà theo giờ kgmax & kgmin" – tỉ số giữa lượng nước dùng giờ lớn nhất Qgmax, nhỏ nhất Qgmin & giá trị trung bình của nó Qgtb trong ngày: Qgmax = kgmax. Qgtb Qgmin = kgmin.Qgtb Cũng cần lưu ý rằng tuy cùng dùng chung một khái niệm "hệ số dùng nước không điều hoà"nhưng so với khái niệm kmax & kmin ở các biểu thức (I. 3) & (I. 4), xem (I. 3) chúng khác nhau ở chỗ một bên đặc trưng cho tính trạng không điều hoà theo ngày trong năm còn một bên là theo giờ trong ngày, vì rằng lưu lượng dùng nước giờ lớn nhất, trung bình & nhỏ nhất bằng 1/24 lượng nước cần ngày đêm lớn nhất, trung bình & nhỏ nhất (Qg =Qngđêm/24). Thật ra thì lượng nước cần trong mỗi giờ cũng thay đổi không kém phần phức tạp nhưng trong tính toán người ta coi như không thay đổi (nghĩa là coi biểu đồ dùng nước theo giờ trong ngày có dạng bậc thang). Trên thực tế sẽ có sự bù trừ lẫn nhau giữa các đối tượng dùng nước trong khu vực, hơn nữa trong HTCCN còn có các công trình điều tiết khác hỗ trợ như tháp, két nước, bể chứa v.v... Cách duy nhất để giải quyết đúng đắn bài toán này là nghiên cứu & phân tích những số liệu thống kê vế chề độ làm việc thực tế của các HTCCN hiện có, phát hiện những yếu tố cơ bản có ảnh hưởng đến chế độ dùng nước chung như đặc điểm tình hình dân cư, mức độ công nghiệp hoá, điều kiện khí hậu v.v . . . từ đó xác lập ra biểu đồ dùng nước tính toán thiết kế. II.5 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC II.5.1 Mối liên hệ về lưu lượng của các công trình trong HTCCN Sau khi có chế độ dùng nước của khu vực có thể tiến hành thiết lập chế độ cung cấp nước & chế độ làm việc của các công trình trong HTCCN. Theo yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế, để thoả mãn cao nhất nhu cầu thiết kế của các đối tượng dùng nước trong khu vực tất cả các công trình của HTCCN phải thiết kế với lượng nước cần ngày đêm lớn nhất Qmax nhưng như vậy chưa hẳn đã có lợi. Trên thực tế thì biểu đồ dùng nước hàng ngày thay đổi rất lớn nên các công trình cấp nước, chẳng hạn như trạm bơm cấp II, không thể đáp ứng đúng hoàn toàn theo chế độ đó. Vì vậy để đảm bảo vừa sát thực tế vừa có lợi về mặt kinh tế cần phải nghiên cứu thiết kế với những cấp lưu lượng nào đó là hợp lý nhất. Chế độ làm việc của các công trình trong HTCCN có quan hệ rất chặt chẽ với nhau. Để thấy rõ những mối quan hệ đó chúng ta phân tích một HTCCN có sơ đồ tổng quát trên hình (II.5). Giả sử biểu đồ lượng nước cần thiết kế theo giờ trong ngày của khu vực đã cho theo % lượng nước cần ngày đêm với hệ số không điều hoà theo giờ kg= 1.35, xem bảng (II.1) & hình (II.7). Bảng II.1 Lượng nước cần thiết kế Qg ~ t, với k = 1.35 Giờ Qg=%Qng.đêm Giờ Qg=%Qng.đêm 0-1 3.0 12-13 4.4 1-2 3.2 13-14 4.1 2-3 2.5 14-15 4.1 3-4 2.6 15-16 4.4 4-5 3.5 16-17 4.3 19 http://www.ebook.edu.vn
  8. 5-6 4.1 17-18 4.1 6-7 4.5 18-19 4.5 7-8 4.9 19-20 4.5 8-9 4.9 20-21 4.5 9-10 5.6 21-22 4.8 10-11 4.9 22-23 4.6 11-12 4.7 23-24 3.3 Ở đây giả thiết chỉ có một nguồn cung cấp nước duy nhất cho hệ thống thông qua trạm bơm cấp II kết hợp với tháp điều tiết đầu hệ thống & chế độ làm việc của mạng lưới cung cấp nước được đặc trưng bởi biểu đồ lượng nước cần dạng bậc thang Qg~ t (đường nét liền đậm a). Biểu đồ làm việc của trạm bơm cấp II Qb ~ t (đường nét đứt b) cần phải được qui định tuỳ thuộc vào biểu đồ dùng nước Qg~ t. Nhưng điều đó không có nghĩa là nó phải trùng khớp một cách chính xác với biểu đồ dùng nước Qg~t. Đường chấm gạch (c) biểu thị lưu lượng giờ trung bình trong ngày (100/24 ≈ 4, 1 7 % lượng nước cần ngày đêm). Trong thời gian 4 giờ (từ 0 giờ ÷ 4 giờ) trạm bơm cấp II sẽ bơm với cấp lưu lượng thứ nhất cung cấp 2.5% lượng nước cần ngày đêm. Khoảng thời gian 20 giờ còn lại trong ngày (từ 4 giờ ÷24 giờ) trạm bơm cấp II sẽ bơm với cấp lưu lượng thứ hai cung cấp 4.5% lượng nước cần ngày đêm. Như vậy trong cả ngày trạm bơm cấp II sẽ làm việc với hai cấp lưu lượng nói trên (biểu thị bằng đường nét đứt b) trên hình (II.3) & cung cấp đủ lượng nước cần ngày đêm: (2.5 x 4 + 4.5 x 20)%Q = 100%Q. Hình II.7. Biểu đồ lượng nước cần thiết kế với kg = 1.35. Tuy nhiên, có một số giờ trong ngày lưu lượng nước do trạm bơm cấp II cung cấp có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn lưu lượng nước yêu cầu, khi đó tháp áp lực sẽ làm nhiệm vụ điều tiết. Vào những giờ trong ngày mà lưu lượng do trạm bơm cấp II cung cấp lớn hơn lưu lượng yêu cầu (Qb > Qs) lưu lượng nước thừa (Qb - Qs) sẽ đi vào tháp để trữ lại xem hình (II.7a). Ngược lại, khi lưu lượng yêu cầu lớn hơn lưu lượng do trạm bơm cấp II cung cấp (Qb < Qs) thì tháp sẽ điều hoà lại cho mạng lượng nước thiếu hụt (Qg - Qb), xem hình (II. 7b). Tóm lại, tháp nước sẽ có nhiệm vụ phối hợp với trạm bơm cấp II điều hoà chế độ làm việc chung của HTCCN; nghĩa là nó sẽ tích trữ lại lượng nước thừa trong một số giờ do trạm bơm cấp II cung cấp & bù lại cho mạng lưới đường ống cung cấp nước lượng nước thiếu hụt vào những giờ khác. Dung tích của đài nước (bể chứa của tháp điều tiết) sẽ phụ thuộc vào Hình II-7. sự phối hợp làm việc biểu đồ dùng nước của tr ạ m bơm cấp II; nếu 2 biểu giữa trạm bơm cấp II & tháp điều đồ này chênh lệch nhau ít thì dung tích yêu cầu của đài nước sẽ nhỏ & ngược lại. Biểu đồ cung cấp nước của trạm bơm lượng của nó; muốn giảm 20 http://www.ebook.edu.vn
  9. thiểu dung tích yêu cầu của đài nước có thể tăng số cấp lưu lượng của trạm bơm để giảm bớt sự chênh lệch của nó so với biểu đồ dùng nước nhưng nếu số cấp lưu lượng của nó quá nhiều sẽ làm tăng số lượng tổ máy bơm & đương nhiên sẽ gây khó khăn cho công tác quản lý. Vì vậy, số cấp lưu lượng hợp lý nhất của nó dao động từ 1 (đối với HTCCN nhỏ) đến 3 cấp (đối với HTCCN lớn). Đối với một số HTCCN cho sản xuất có nhu cầu dùng nước trong ngày tương đối điều hoà thì không cần bố trí các công trình điều tiết có áp như tháp nước, bể áp lực. Nếu sử dụng các máy bơm ly tâm có thể điều chỉnh điểm công tác tiện lợi để cấp nước cho mạng lưới có biểu đồ dùng nước bất kỳ cũng không cần thiết phải đặt vấn đề xây dựng các công trình điều tiết có áp. Tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng việc sử dụng các HTCCN không có tháp nước chỉ kinh tế khi hệ số dùng nước không điều hoà theo giờ trong ngày không lớn. Trong trường hợp ngược lại, trong các HTCCN không có tháp nước giá thành năng lượng tăng lên khi cần thiết phải cung cấp nước với cột áp cao hơn so với yêu cầu. Quy mô & chế độ làm việc của trạm bơm cấp I phụ thuộc chủ yếu vào nguồn nước, công trình lấy nước & làm sạch - xử lý nước. Khác với trạm bơm cấp II, trạm bơm cấp I làm việc theo chế độ 1 cấp lưu lượng suốt ngày đêm để giảm quy mô, kích thước của công trình làm sạch nước. Tuy nhiên nếu quy mô của trạm nhỏ nó cũng không nhất thiết phải hoạt động liên tục mà có thể nghỉ gián đoạn một số giờ nhất định trong ngày. Do có sự khác nhau về chế độ làm việc của trạm bơm cấp I & cấp II nên phải dùng bể chứa nước sạch để điều tiết nước giữa chúng. Ngoài ra, bể chứa nước sạch còn có nhiệm vụ trữ nước để chữa cháy & nước dùng cho chính bản thân trạm cấp nước như thau rửa bể lắng, bể lọc v.v... II.5.2 Mối liên hệ với cột áp của các công trình trong HTCCN Sự làm việc của các công trình trong HTCCN quan hệ chặt chẽ với nhau không những về mặt lưu lượng mà còn áp lực nước cần đầu hệ thống & của mạng lưới bởi vì các công trình của HTCCN đều phải có nhiệm vụ cung cấp nước dùng đủ về khối lượng & cột áp cần thiết. Sau đây chúng ta sẽ xét mối quan hệ đó trong 2 trường hợp: tháp điều tiết được bố trí ở đầu & cuối mạng lưới đường ống cung cấp nước. a. Trường hợp tháp điều tiết bố trí ở đầu mạng lưới cung cấp nước Việc sử dụng nước của đa số các đối tượng dùng nước diễn ra trên mặt bằng khu vực cần cung cấp nước ở những độ cao khác nhau so với mặt đất, vì vậy mạng lưới cung cấp nước cần phải đảm bảo áp lực nước cần thiết để đưa nó đến vị trí bất lợi có độ cao đã được ấn định. Trong khu vực cần cung cấp nước, thành phố chẳng hạn những điểm ở xa tháp điều tiết nhất & có cao độ lớn nhất sẽ là những vị trí bất lợi nhất cho dùng nước vì rằng tại đó nước dùng còn lại cột áp thấp nhất. Tuy nhiên nếu chọn vị trí đó để thiết kế mức đảm bảo về nước dùng thì qui mô công trình sẽ rất lớn. Vì vậy, vị trí bất lợi được Hình II-8. sơ đồ tính toán cột áp Hyc lựa chọn để tính toán thiết kế thưởng là các công trình hoặc những ngôi nhà cao tầng đại diện nằm ở nơi cao trong khu vực & tương đối xa so với trạm bơm & tháp nước. Chẳng hạn, để cung cấp nước cho các tầng trên của 1 ngôi nhà cao tầng được chọn để tính toán, xem hình (II.8), trong mạng lưới cung cấp nước thành phố tại chỗ ống rẽ nhánh vào nhà (tại điểm đại diện A) cần phải duy trì 1 áp lực bên trong đường ống đủ để đưa nước đến vị trí dùng nước cao nhất trong nhà (điểm C). Cột áp đó được gọi là cột áp yêu cầu cho sinh hoạt Hyc, tính theo mH2O & phải không nhỏ hơn tổng chiều cao địa hình của điểm dùng nước cao nhất trong nhà (điểm C) so với mặt đất & tổn thất thuỷ lực đường ống từ chỗ rẽ nhánh của mạng lưới chung thành phố (điểm A) đến điểm C. Do vậy cột áp yêu cầu này được xác định theo biểu thức: Hyc = P/γ = Hđh + hdư + hms , (II.1 ) 21 http://www.ebook.edu.vn
  10. P - áp lực bên trong đường ống, KG/m2; trong đó γ - trọng lượng riêng của nước, KG/m3; Hdh - chiều cao địa hình từ điểm dùng nước cao nhất trong nhà C (có thiết bị dùng & xả nước) so với mặt đất, m; hdư - Cột áp dư cần thiết của nước dùng xả ra ở thiết bị dùng nước (vòi nước sinh hoạt chẳng hạn), m; hms - tổn thất thuỷ lực đường ống từ chỗ rẽ nhánh khỏi mạng lưới đường ống chung thành phố (điểm A) đến điểm dùng nước cao nhất (điểm C), thông qua tính toán thuỷ lực để xác định, m. Hyc được tính toán & chọn theo yêu cầu của khu vực cung cấp nước đã được qui định trong nhiệm vụ thiết kế. Cột áp yêu cầu cho sinh hoạt Hyc Cũng có thể vận dụng tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng để lựa chọn, chẳng hạn theo tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng của Liên Xô cũ áp dụng với mạng lưới cung cấp nước cho khu dân cự chọn Hyc=10m (đối với nhà 1 tầng), Hyc = 12m đối với nhà 2 tầng) & cộng thêm 4m cho mỗi một tầng tiếp theo (đối với nhà cao tầng). Trong mọi trường hợp làm việc của HTCCN áp lực nước dùng tại mọi điểm bất kỳ trong mạng lưới đường ống cung cấp nước không được nhỏ hơn cột áp yêu cầu này. Để thấy rõ mối quan hệ về cột áp của các công trình trong HTCCN nói trên chúng ta phân tích sơ đồ mặt cắt dọc tuyến của nó, xem hình (II. 9). Sơ đồ này phản ánh sự phân bố của đường tổng cột áp dọc theo tuyến HTCCN từ nguồn đến vị trí dùng nước bất lợi được chọn để tính toán trong thời điểm dùng nước lớn nhất; ở đây đó là điểm A xem (hình II.9) có cao độ ZA & cột áp yêu cau Hyc được tính theo biểu thức (II.I). Do đó tổng cột áp tại A sẽ là (ZA + Hyc). Tại chân tháp điều tiết có cao độ Zt (điểm B) phải có áp lực bên trong đường ống Ht đủ để sau khi khắc phục tổn thất thuỷ lực dọc đường (hmsl đảm bảo áp lực đến điểm A lớn hơn hoặc bằng Hyc, nghĩa là chiều cao tối thiểu của tháp điều tiết từ đáy đài chứa nước so với mặt đất phải tương đương với cột áp Ht. Theo phương trình cân bằng năng lượng giữa 2 điểm Zt + Ht = ZA + Hyc +∑hmsl A & B ta có: Hình II. 9. Mặt cắt dọc tuyến HTCCN có tháp điều tiết đầu hệ thống 1 Nguồn nước; 2. Trạm bơm cấp I; 3. Công trình làm sạch - xử lý nước; 4. Trạm bơm cấp II; 5. Đường ống dẫn chính; 6. Tháp điều tiết. 7. Mạng lưới đường ống cung cấp nước; A. Điểm dùng nước bất lợi nhất của hệ thống; B. Vị trí tháp điều tiết. Từ đây suy ra chiều cao tối thiểu của tháp điều tiết tính từ đáy đài chứa nước của nó đến mặt đất tự nhiên sẽ là: Ht = Hyc - Zt + ZA +∑hmsl, m (II. 2) trong đó (hmsl - tổng tổn thất thuỷ lực đường ống từ tháp điều tiết đến điểm dùng nước bất lợi được chọn để tính toán (điểm A). Theo (II. 2) có nghĩa là chiều cao của tháp điều tiết phụ thuộc vào cao độ mặt đất tự nhiên tại vị trí xây dựng nó, cao độ mặt đất tự nhiên ở chân tháp càng lớn thì chiều cao của tháp càng nhỏ & ngược lại. Vì vậy muốn giảm thiểu chiều cao cần 22 http://www.ebook.edu.vn
  11. thiết của tháp điều tiết khi thiết kế cần chọn những vị trí có cao độ mặt đất tự nhiên cao để xây dựng nó. Trong tính toán nếu gặp trường hợp Ht ≤0 hoặc quá thấp thay vì xây tháp điều tiết nên bố trí bể áp lực nằm ngay trên mặt đất hoặc bán lộ thiên. Phương án này sẽ rất kinh tế so với xây tháp có cùng dung tích điều tiết. Cột áp yêu cầu đầu HTCCN chính là cột áp thiết kế của trạm bơm cấp II, Hb2. Nó bằng độ chênh lệch giữa mực nước trong tháp điều tiết & mực nước của bể chứa nước sạch cộng với tổng tổn thất thuỷ lực trên đường ống hút & ống dẫn chính từ trạm bơm đến tháp (hms2; theo sơ đồ trên hình (II. 9) nó được xác định bởi biểu thức: Hb2 = (Zt - Zb2) + Ht + Ho + ∑hms2, m, (II.3) trong đó Zb2 - mực nước của bể chứa nước sạch, trong sơ đồ trên hình (II. 6) chọn cao trình đặt máy bơm cấp II ngang với nó nên tạm coi tổn thất thuỷ lực trong ống hút máy bơm không đáng kể; Ho - chiều sâu nước thiết kế lớn nhất trong đài chứa nước của tháp điều tiết, m. Cột nước yêu cầu thiết kế của trạm bơm cấp I Hbl được xác định theo phương pháp thông thường bằng độ chênh lệch mực nước của công trình làm sạch - xử lý - chứa nước yêu cầu (Zb2) & của nguồn nước (Zb1) cộng với tổng tổn thất thuỷ lực đường ống hút & đẩy của máy bơm cấp I (hmsl, theo sơ đồ trên hình (II. 6) ta có: Hbl =(Zb2 - Zbl) + ∑hmsl, m, (II. 4) trong đó: Zbl - mực nước thiết kế của nguồn (cao trình đặt máy bơm cấp I xem H(II.6)). Căn cứ vào lưu lượng & cột áp yêu cầu đầu hệ thống tiến hành chọn số lượng & chủng loại máy bơm để thiết kế các trạm bơm cấp I & cấp II. Nếu HTCCN kết hợp chữa cháy thì trong tính toán phải bổ sung yêu cầu đó. b. Trường hợp tháp điều tiết bố trí ở cuối mạng lưới cung cấp nước Trường hợp tháp điều tiết bố trí cuối mạng lưới cấp nước được gọi là HTCCN có tháp điều tiết đối diện. Do chức năng & cấu tạo của nó như vậy, hình thành 2 chế độ làm việc: làm việc trong những giờ cao điểm dùng nước lớn nhất & làm việc trong những giờ dùng nước ít (những giờ chuyển nước lớn nhất). Trong những giờ cao điểm dùng nước lớn nhất do Qg > Qb nước sẽ được cung cấp cho mạng lưới từ hai phía đối diện nhau: trạm bơm cấp II cung cấp lưu lượng Qb, còn tháp áp lực sẽ bổ sung lưu lượng thiếu Qt = (Qg – Qb). Trong trường hợp tháp ở đầu hệ thống hai lượng nước Qb & Qt hoà nhập với nhau cùng đi vào mạng lưới; trong hệ thống có tháp điều tiết đối diện này khu vực cấp nước được chia ra hai vùng: trạm bơm cấp II cung cấp nước cho H. II.10 Sơ đồ HTCCN có tháp đối diện vùng đầu hệ thống với lưu lượng Qb, vùng còn lại do tháp điều tiết cung cấp nước với lưu lượng Qt=(Qg- Qb) & hình thành một đường ranh giới cung cấp nước a-a, xem hình (II. 10). Dọc theo đường ranh giới a-a nước từ trạm bơm cấp II & tháp điều tiết gặp nhau cùng có tổng cột áp nhỏ nhất & vị trí nào có cao độ lớn nhất sẽ là bất lợi nhất cho việc dùng nước. Do đó khi thiết kế cần chọn những vị trí nằm trên đường ranh giới a-a để kiểm tra khả năng cung cấp nước của hệ thống. Giả sử chọn điểm dùng nước bất lợi nhất là A có cao độ ZA xem hình (II. 10), ta có thể lập biểu đồ phân bố áp lực dọc theo hệ thống. Đó là đường thẳng gấp khúc tại A, (đường I, xem h.II.11). Vận dụng phương trình cân bằng năng lượng giữa các điểm trên trắc dọc tuyến cung cấp nước ta xác định được chiều cao yêu cầu tối thiểu của tháp điều tiết Ht & cột áp thiết kế của trạm bơm cấp II là Hb2: Ht = Hyc + ∑hms2 - (Zt - ZA), m; (II. 5) Hb2 = Ht + (∑hmsb +∑hmsl - ∑hms2) + (Zt - Zb2), m ; (II. 6) hoặc 23 http://www.ebook.edu.vn
  12. Hb2 = Hyc + ∑hmsb + ∑hmsl + (ZA - Zb2), m (II. 7) trong đó: Zt, Zb2 & ZA - cao độ mặt đất tự nhiên của vị trí đặt tháp điều tiết, mặt thoáng bể hút trạm bơm cấp II (bể nước sạch) & vị trí dùng nước bất lợi nhất, m; ∑hmsb - tổng tổn thất thuỷ lực đường ống của trạm bơm cấp II; ∑hmsl & ∑hms2 tổng tổn thất thuỷ lực đường ống cung cấp nước từ điểm đầu & điểm cuối (điểm B) của mạng lưới đến điểm dùng nước bất lợi nhất (điểm A) trên đường ranh giới cấp nước aa. Hình II. 11. Sơ đồ phân bố áp lực dọc tuyến HTCCN có tháp điều tiết đối diện 1. Công trình làm sạch - xử lý - chứa nước; 2. Trạm bơm cấp II; 3. Đường ống dẫn chính; 4. Mạng lưới đường ống cung cấp nước; 5. Tháp điều tiết; A. Điểm dùng nước bất lợi nhất của hệ thống; B. Vị trí tháp điều tiết. Trong những giờ dùng nước ít, do lưu lượng nước dùng yêu cầu của hệ thống Qg nhỏ hơn lưu lượng trạm bơm cấp II cung cấp Qb nên lượng nước thừa (Qb - Qg) sẽ “quá cảnh” qua mạng lưới cung cấp nước để vào tháp trữ lại. Trong chế độ làm việc thứ hai này của HTCCN có tháp điều tiết đối diện đường tổng cột áp sẽ giảm dần liên tục từ trạm bơm cấp II đến tháp điều tiết không có điểm gãy khúc (đường II, xem hình II.11). Trong thời gian này hệ thống đường ống cung cấp nước sẽ phải chuyển nước lớn nhất với cột áp lớn hơn trong những giờ cao điểm dùng nước trong ngày & ở những vị trí nằm trên đường ranh giới cung cấp nước sẽ nhận được lưu lượng lớn. Cột nước yêu cầu đối với trạm bơm cấp II trong thời gian chuyển nước lớn nhất H’b2 sẽ lớn hơn so với thời gian cao điểm dùng nước & được xác định theo phương pháp thông thường: H'b2 =(Zt- Zb2) + Ht + Ho +∑hms, m; (II.8) hoặc H'b2 = (ZA - Zb2) + Hyc + Ho + ∑hms + ∑hms2, m, (II.9) trong đó Ho - chiều sâu nước lớn nhất thiết kế trong đài chứa nước của tháp điều tiết, m; ∑hms - tổng tổn thất thuỷ lực đường ống từ bể hút của trạm bơm cấp II (công trình làm sạch - xử lý - chứa nước) đền vị trí đặt tháp, thông qua tính toán thuỷ lực để xác định. Do vậy trong những giờ chuyển nước lớn nhất này muốn đưa được nước đến tháp thường phải điều chỉnh chế độ làm việc (điểm công tác) của máy bơm hoặc sử dụng những loại máy bơm riêng có cột áp cao hơn. Đây cũng chính là nhược điểm của HTCCN có tháp điều tiết đối diện. Tuy nhiên, HTCCN có tháp điều tiết đối diện có ưu điểm giảm được đường kính ống dẫn nước chính & chiếu cao yêu cầu của tháp điều tiết cũng có thể thấp hơn so với tháp bố trí ở đầu hệ thống. 24 http://www.ebook.edu.vn
  13. Trong thực tế còn có những HTCCN phức tạp hơn nhiều trong đó nước được cung cấp & điều hoà do một số trạm bơm & những công trình điều tiết lấy từ nhiều nguồn khác nhau. II.5.3 Chế độ làm việc của HTCCN khi có yêu cầu chữa cháy Theo các quy phạm hiện hành về thiết kế cung cấp nước cần phải tính toán với tình huống bất lợi nhất khi có hoả hoạn xảy ra vào những giờ cao điểm dùng nước lớn nhất nghĩa là vào những thời điểm làm việc căng thẳng nhất của hệ thống, đồng thời cũng phải chọn những điểm xảy ra hoả hoạn bất lợi ở những vị trí cao nhất & xa nguồn nước nhất. Lưu lượng nước cần cho chữa cháy để bổ sung vào lưu lượng nước cần lớn nhất của hệ thống (tính theo m3/s) cũng như tổng lượng nước cần dùng để dập tắt lửa trong suốt thời gian hoả hoạn được xác định theo định mức lượng nước cần cho chữa cháy bao gồm số lượng đám cháy đồng thời, lượng nước cần dùng cho mỗi đám cháy & thời gian cần thiết để dập tắt hoả hoạn Hệ thống cung cấp nước chữa cháy có hai loại: áp lực cao & áp lực thấp. Trong hệ thống chữa cháy áp lực thấp HTCCN chỉ cần đảm bảo cung cấp lượng nước cần có đến chữa cháy. Cột áp cần thiết để cho vòi rồng dập lửa được tạo ra bởi máy bơm đặt trên các xe cứu hoả lưu động lấy nước trực tiếp từ HTCCN của khu vực có hoả hoạn. Vì vậy, áp lực trong các đường ống lân cận khu vực có hoả hoạn sẽ giảm xuống trong thời gian chữa cháy. Theo các quy phạm thiết kế cung cấp nước của Liên Xô cũ cột áp còn lại của một điểm bất kì nào của lưới khi có chữa cháy không được nhỏ hơn 10m, còn đối với những điểm đặc biệt dùng nước bất lợi không được nhỏ hơn 7 m. Vì đường kính của HTCCN được thiết kế với chế độ làm việc bình thường của nó, khi có chữa cháy nó phải dẫn với lưu lượng lớn hơn nên tổn thất cột áp cũng sẽ tăng lên. Phương pháp chữa cháy áp lực thấp này thường được áp dụng trong các HTCCN cho sinh hoạt. Hệ thống chữa cháy áp lực cao khi cần thiết không những phải đảm bảo cung cấp đến nơi có hoả hoạn lượng nước cần cho chữa cháy theo định mức của nó mà còn phải tăng áp lực trong mạng lưới cung cấp nước đủ để cho vòi rồng dập lửa trong thời gian chữa cháy. Vì vậy, khi có hoả hoạn cần phải đóng khoá đường ống ra trong vào các công trình điều tiết nước như tháp, bể áp lực. Trong các hệ thống chữa cháy áp lực cao cột áp được tăng lên chỉ trong thời gian có hoả hoạn & thưởng được áp dụng đổi với HTCCN cho các xí nghiệp công nghiệp; nói chung HTCCN chữa cháy áp lực cao chỉ vận dụng với những điều kiện rất đặc biệt vì rằng chi phí năng lượng bơm cho nó rất cao. Để thấy rõ chế độ làm việc của HTCCN khi có chữa cháy chúng ta sẽ lần lượt phân tích hai trường hợp có tháp điều tiết ở đầu & ở cuối hệ thống. Trên hình (II.12) giới thiệu sơ đồ HTCCN chữa cháy áp lực thấp có tháp điều tiết ở đầu hệ thống. Giả sử trong trường hợp làm việc bình thường đường tổng cột áp dọc theo tuyến HTCCN là I, tại điểm dùng nước bất lợi nhất A có cột áp yêu cầu là Hyc đồng thời cũng là điểm xảy ra hoả hoạn. Lúc máy bơm tăng áp của xe cứu hoả lưu động lấy nước từ đường ống cung cấp nước để dập lửa, cột áp trong ống tại A sẽ giảm xuống còn lại HA < Hyc đồng thời tổn thất cột áp trong lưới (∑h’msl) sẽ tăng lên so với khi làm việc bình thường (∑hmsl) vì lưu lượng trong thời gian chữa cháy tăng lên, do đó đường tổng cột áp khi có chữa cháy (đường nét đứt II) sẽ dốc hơn khi làm việc bình thường. Đường tổng cột áp khi có chữa cháy có thể cao hơn mực nước trong tháp (đường II) hoặc thấp hơn mực nước trong tháp (đường III) tuỳ thuộc vào mối quan hệ giữa Hyc với HA & ∑hmsl với ∑h’msl. 25 http://www.ebook.edu.vn
  14. Hình II.12. Sơ đồ phân bố áp lực dọc tuyến HTCCN có tháp điều tiết ở đầu hệ thống khi chữa cháy theo phương pháp áp lực thấp. Trong trường hợp đầu vì đường II cao hơn mực nước trong đài nên khi có hoả hoạn cần phải đóng các khoá đường ống ra vào các công trình điều tiết nếu không cột áp trong mạng lưới không thể đạt Hyc. Trong trường hợp ngược lại, vì đường III thấp hơn mực nước trong đài nên không cần đóng các khoá đường ống ra vào các công trình điều tiết để chúng hỗ trợ thêm áp lực cho việc chữa cháy. Tuy nhiên, đường III là không thực tế vì tổng cột áp trong đường ống tại vị trí đặt tháp điều tiết được xác định bằng mực nước thực tế trong đài. Cột áp yêu cầu của máy bơm khi chữa cháy (H'b2) thường lớn hơn hoặc xấp xỉ, thậm chí cũng có thể nhỏ hơn cột áp yêu cau của nó (Hb2) đối với sinh hoạt. Trong thời gian chữa cháy lưu lượng & tổng lượng nước yêu cầu tăng lên so với khi làm việc bình thường, vì vậy kích thước của bể nước sạch phải đủ để chứa thêm lượng nước dự trữ cho chữa cháy. Trong các HTCCN có tháp điều tiết đối diện những điểm bất lợi nhất cho chữa cháy là những điểm cuối hệ thống gần tháp điều tiết, chẳng hạn điểm A, xem hình (II.12) Vì HA < Hyc < Ht nên vào thời gian đầu ngay sau khi mới xuất hiện đám cháy tháp điều tiết sẽ phải cung cấp cho hệ thống một lượng nước rất lớn do đó có thể làm cho tháp bị cạn quá nhanh. Vì vậy đối với HTCCCN có tháp bố trí ở cuối mạng lưới lưu lượng thiết kế cần phải được tính toán bằng tổng lưu lượng yêu cầu cho sinh hoạt & chữa cháy. Hình II.13 Sơ đồ phân bố áp lực dọc tuyến HTCCN có tháp điều tiết đối diện khi chữa cháy theo phương pháp áp lực thấp. II.6 DUNG TÍCH CHỨA CỦA CÁC CÔNG TRÌNH ĐIỀU TIẾT Dung tích chứa của các công trình điều tiết là cơ sở cho việc xác định hình thức kết cấu & các kích thước cơ bản của chúng. Trong phân này chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu cách tính toán xác định dung tích chứa nước của các công trình điều tiết như tháp áp lực, bể áp lực & bể chứa nước sạch. 26 http://www.ebook.edu.vn
  15. II 6.1 Phương pháp xác định dung tích chứa của tháp & bể áp lực Chúng ta đã biết việc lựa chọn phương án HTCCN có hay không có tháp hoặc bể áp lực để điều tiết nước cho hệ thống là căn cứ vào độ dao động ít hay nhiều của biểu đồ dùng nước. Khi đã chọn được phương án HTCCN có tháp hay bể áp lực thì việc xác định dung tích chứa của chúng phải căn cứ vào biểu đồ dùng nước của khu vực & biểu đồ cung cấp nước của trạm bơm đầu hệ thống. Dung tích điều tiết của tháp hoặc bể áp lực được xác định bằng lượng nước tích luỹ lại trong đài chứa của tháp hoặc bể chứa cuối mỗi giờ trong ngày bằng phương pháp lập bảng hoặc đồ giải (vẽ đường luỹ tích). Trị số lớn nhất của lượng nước tích lại trong đài hoặc bể cuối một giờ nào đó chính là dung tích yêu cầu thiết kế của chúng. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu một thí dụ tính toán xác định dung tích yêu cầu thiết kế của tháp điều tiết bằng phương pháp lập bang luỹ tích, xem bảng (II.2). Bảng II. 2. Dung tích chứa của tháp điều tiết (%Qng.đêm) với kg=1.35 Lượng nước Lượng nước Lượng nước điều tiết của đài (%Qng.đêm) cần của khu trạm bơm Lượng nước Lượng nước Giờ Lượng nước vực Qg cung cấp Qb do đài tháo còn tích lại đi vào đài (%Qng.đêm) (%Qng.đêm) ra trong đài (1) (2) (3) (4) (5) (6) 0-1 3.0 2.5 - 0.5 1.9 1-2 3.2 2.5 - 0.7 1.2 2-3 2.5 2.5 - - 1.2 3-4 2.6 2.5 - 0.1 1.1 4-5 3.5 4.5 1.0 - 2.1 5-6 4.1 4.5 0.4 - 2.5 6-7 4.5 4.5 - - 2.5 7-8 4.9 4.5 - 0.4 2.1 8-9 4.9 4.5 - 0.4 1.7 9-10 5.6 4.5 - 1.1 0.6 10-11 4.9 4.5 - 0.4 0.2 11-12 4.7 4.5 - 0.2 0 12-13 4.4 4.5 0.1 - 0.1 13-14 4.1 4.5 0.4 - 0.5 14-15 4.1 4.5 0.4 - 0.9 15-16 4.4 4.5 0.1 - 1.0 16-17 4.3 4.5 0.2 - 1.2 17-18 4.1 4.5 0.4 - 1.6 18-19 4.5 4.5 - - 1.6 19-20 4.5 4.5 - - 1.6 20-21 4.5 4.5 - - 1.6 21-22 4.8 4.5 - 0.3 1.3 22-23 4.6 4.5 - 0.1 1.2 23-24 3.3 4.5 1.2 - 2.4 Trong bảng (II. 2) thống kê lượng nước cần từng giờ (Qg) theo % lượng nước cần ngày đêm (Qng.đêm) của hệ thống (cột 2) với hệ số không điều hoà theo giờ kg=1.35 dựa theo biểu đồ lượng nước cần trên hình (II.7). Cột (3) là lượng nước do trạm bơm cấp II (Qb) cung cấp từng giờ cho hệ thống lấy từ biểu đồ cung cấp nước bậc thang với hai cấp lưu lượng 2.5% & 4.5% lượng nước cần ngày đêm (Qng.đêm), xem hình (II.7). Nguyên tắc tính toán điều tiết dung tích đài là: trong từng giờ khi Qb > Qg thì lượng nước thừa (Qb - Qg) = Qtrữ sẽ được trữ lại vào đài, (cột 4) = (cột 3) - (cột 2); ngược lại nếu Qg > Qb thì trong giờ đó đài phải tháo ra cung cấp cho mạng lưới lượng nước thiếu hụt (Qg - Qb)= 27 http://www.ebook.edu.vn
  16. Qtháo (cột (5) = cột (2) - cột (3)). Cột (6) là lượng nước còn tích lại trong đài vào cuối mỗi giờ trong ngày. Nó chính là luỹ tích dần lượng nước đi vào & tháo ra khỏi dài từ đầu ngày đến từng giờ trong ngày. Tóm lại kết quả sau khi cộng hoặc trừ dần các giá trị tương ứng ở các cột (4) & (5), giá trị lớn nhất trong cột (6) chính là dung tích yêu cầu thiết kế của đài hoặc bể áp lực. Trước khi tính toán cần phải định được thời điểm tháo cạn đài hoặc bể (thời điểm mà lượng nước trong đài hoặc bể bằng 0) & lấy đó làm xuất phát điểm để luỹ tiến. Đó là thời điểm cuối của một quá trình đài hoặc bể cấp nước (tháo) liên tục. thời điếm mà trong đài hết nước hoặc còn lại một ít thì cho tháo cạn luôn để tháo rửa làm vệ sinh đài, vì vậy thời điểm này cũng phải phù hợp với thời gian làm việc của cán bộ công nhân viên quản lý đài. Trong thí dụ chúng ta đang xét ở bảng (II. 2) & hình (II.7) đó là thời điểm cuối giờ thứ 12 trong ngày sau một quá trình đài cung cấp nước liên tục từ giờ thứ 7 . . . 12 & do đó dung tích yêu cầu thiết kế của đài sẽ là: Wđ = 2.5% Qng.đêm Khi tính toán có thể gặp trường hợp lượng nước còn tích lại trong đài cuối một số giờ nào đó (cột 6) mang giá trị âm (-), điều đó chứng tỏ rằng việc định thời điểm tháo cạn đài chưa hợp lý. Trong trường hợp đó nếu không muốn chọn & tính lại thì có thể chọn dung tích yêu cầu thiết kế của đài bằng tổng giá trị tuyệt đối của trị số dương lớn nhất & âm nhỏ nhất trong cột (6): Wđ = (⏐(giá trị dương)max⏐+⏐ (giá trị âm)min⏐)% Qng.đêm Vì dung tích yêu cầu thiết kế của đài hoặc bể áp lực phụ thuộc vào tính trạng không điều hoà của biểu đồ dùng nước & biểu đồ cung cấp nước , nghĩa là nó phụ thuộc vào hệ số dùng nước không điều hoà kg & số cấp lưu lượng của trạm bơm cấp II. Trong thí dụ chúng ta vừa xét ở trên các dữ kiện được chọn với kg = 1.35 & trạm bơm cấp II làm việc với hai cấp lưu lượng 2.5% & 4.5% Qng.đêm; nếu chọn kg = 1.25 thì Wđ = 3.1% Qng.đêm; Còn nếu như trạm bơm cấp II làm việc suốt ngày đêm với một cấp lưu lượng Qb = 4.17% thì Wđ =6,98% Qng.đêm. Kinh nghiệm thực tế cho thấy dung tích điều tiết của đài trong các HTCCN thành phố thường chọn khoảng 2.5 ... 6.5% lượng nước cần ngày đêm khi chế độ làm việc của TB cấp II có nhiều cấp lưu lượng & chọn 8 ... 15% hoặc lớn hơn đối với trường hợp trạm bơm cấp II có chế độ làm việc suốt ngày đêm với một cấp lưu lượng 4.17% lượng nước cần ngày đêm. Ngoài ra, theo định mức thiết kế xây dựng dung tích yêu cầu của tháp điều tiết còn phải cộng thêm một lượng nước dự trữ chữa cháy đủ để dập tắt 1 đến 2 đám cháy trong thời gian 10 phút. Đối với bể áp lực do giá thành xây dựng thấp hơn so với tháp nên dung tích thiết kế của nó sẽ bao gồm cả toàn bộ lượng nước yêu cầu chữa cháy của hệ thống thay vì chứa ở bể nước sạch trước trạm bơm cấp II. Vật liệu xây dựng các công trình điều tiết tuỳ thuộc qui mô, cấp công trình & tính chất bền vững của chúng có thể bằng gỗ, thép, bê tông cốt thép, chẳng hạn trên hình (II.12) là hình ảnh một số tháp điều tiết. 28 http://www.ebook.edu.vn
  17. II 6.2 Phương pháp xác định dung tích yêu cầu của bể chứa nước sạch Bể nước sạch là bể chứa nước đã qua lắng, %Q lọc & xử lý theo yêu cầu của các đối tượng dùng nước. Nó chính là ranh giới phân chia HTCCN ra 2 b 4.17 nhóm công trình làm việc theo 2 chế độ khác nhau. Nhóm thứ nhất được đặc trưng bởi chế độ làm việc a1 a2 của trạm bơm cấp I (thưởng làm việc suốt ngày đêm với một cấp lưu lượng); nhóm thứ hai làm việc theo 6 8 24 0 18 chế độ của trạm bơm cấp II với một số cấp lưu Hình II-13 lượng nào đó. Do đó dung tích điều tiết của bể nước sạch được xác định một cách dễ dàng bằng phương pháp kết hợp (chồng) hai biểu đồ làm việc của trạm bơm cấp I (đường I) & cấp II (đường II), xem hình (II.13). Dung tích này được biểu thị bằng tổng diện tích các hình (a1+ a2) hoặc hình b. Chẳng hạn, trong trường hợp đã nêu trên hình (II.7) nếu trạm bơm cấp I làm việc liên tục suốt ngày đêm theo một cấp lưu lượng bằng 4.17% lượng nước cần ngày đêm, còn trạm bơm cấp II làm việc theo chế độ hai cấp lưu lượng 2.5% & 4,5% lượng nước cần ngày đêm thì dung tích điều tiết của bể nước sạch sẽ là: Wb = (4.17 – 2.5)% 4 = 6.7% Qng.đêm Wb = (4.5 – 4.17)%20 = 6.7% Qng.đêm Ngoài ra, bể chứa nước sạch còn có nhiệm vụ phải trữ thêm một lượng nước chữa cháy tính theo định mức & nước để thau rửa bể làm sạch - xử lý nước. Trên cơ sở dung tích điều hoà, dung tích của bể hoặc đài nước được xác định như sau: Wd = Wdh + WCC'10 Wb = Wdh + Wbt + WCC 3h Trong đó : Wđ , Wb – dung tích đài nước, bể chứa nước. Wđh- dung tích điều hoà đài chứa, bể chứa. Wcc ' , W 3h dung tích nước dự trữ chữa cháy trong 10’ và trong 3 giờ. 10 cc Wbt- lượng nước dùng cho bản thân trạm xử lý, lấy sơ bộ bằng 5-10% công suất của trạm II.7 PHÂN VÙNG HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC Trong một số trường hợp do địa hình của khu vực dùng nước cần phải phân chia HTCCN thành những vùng riêng theo sự chênh lệch về cao độ. Việc phân vùng HTCCN được đặt ra bởi lý do kỹ thuật & kinh tế quyết định, vì rằng nó cho phép hạ thấp áp lực trong đường ống của mạng lưới cung cấp nước & giảm năng lượng bơm nước. Vì vậy giải pháp cung cấp nước theo từng vùng nói chung được áp dụng khi độ chênh về cao độ mặt đất trong khu vực dùng nước lớn; thỉnh thoảng nó cũng được áp dụng khi cột áp yêu cầu (hyc) của các đối tượng dùng nước có sự khác nhau lớn. Trong một HTCCN bình thường Hình II.14 Sự phân bố áp lực trong không có sự phân vùng, xem hình (II.14) khi HTCCN có sư chênh lệch cao độ địa hình 29 http://www.ebook.edu.vn
  18. các điểm dùng nước trong khu vực có sự chênh lệch về cao độ thì ở những điểm nào thấp hơn của mạng lưới cung cấp nước có thể xuất hiện áp lực vượt quá áp lực cho phép đối với đường ống & điều kiện quản lý hệ thống quy định. Theo sơ đồ phân bố tổng cột áp này chúng ta dễ dàng nhận thấy nếu tại điểm có cao độ cao nhất Zmax của mạng lưới (điểm A chẳng hạn) cần phải được đảm bảo cột áp yêu cầu hyc thì tại điểm thấp nhất có cao độ Zmin (điểm B) sẽ có cột áp là: Hmax = (Zmax - Zmin) + Hyc +∑hmslmax Hmax = ΔZmax + Hyc + ∑hmslmax, hoặc trong đó ΔZmax = (Zmax - Zmin) là chênh lệch cao độ địa hình lớn nhất trong khu vực dùng nước, m; ∑hmslmax - Tổng tổn thất cột áp lớn nhất trong mạng lưới đường ống, m. Nếu trị số Hmax vượt quá cột áp cho phép thì cần phải phân vùng cung cấp nước để cho cột áp tính toán trong mỗi vùng không vượt quá giá trị cho phép đó. Có thể có hai hình thức phân vùng cung cấp nước: nối tiếp & song song. Khi phân vùng cung cấp nước nối tiếp, xem hình (II.15) mạng lưới cung cấp nước chung của khu vực được chia ra hai mạng lưới riêng A & B nối tiếp nhau theo ranh giới a-a được xác định bởi trị số cột áp cho phép lớn nhất H. Mạng lưới thứ nhất cung cấp nước cho vùng có cao độ thấp (vùng A) với cột áp HI; còn mạng lưới thứ hai cung cấp nước cho vùng có cao độ cao hơn (vùng B) với cột áp HII, đương nhiên HI & HII đều không thể vượt quá H. Hình II.15 HTCCN phân vùng nối tiếp 1. Trạm bơm số I; 2. Trạm bơm số II; aa. Ranh giới cấp nước Trạm bơm cấp I sẽ cung cấp tổng lưu lượng Q = (QI + QII) cho cả hai vùng & có cột áp H để đảm bảo nước đến ranh giới aa. Từ đây trạm bơm số II sẽ bơm nối tiếp với lưu lượng QII & cột áp HII cung cấp cho vùng cao B, nghĩa là lưu lượng cung cấp cho vùng cao B sẽ "quá cảnh" qua mạng của vùng thấp A. Trong HTCCN có mạng lưới song song, nguyên tắc phân vùng cung cấp nước cũng tương tự như phân vùng cung cấp nước nối tiếp nhưng ở đây lưu lượng cung cấp nước cho mỗi vùng theo từng nhóm máy bơm riêng của mình cùng bố trí ở một trạm bơm đầu mối của hệ thống chung, nghĩa là chúng cùng làm việc song song với nhau, xem hình (II.16). Nhóm máy bơm I cung cấp nước cho vùng thấp A có lưu lượng QI & cột áp HI, còn nhóm máy bơm II cung cấp nước cho vùng cao B có lưu lượng QII & cột áp HII lớn hơn (vì nhóm này phải 30 http://www.ebook.edu.vn
  19. khắc phục chiều cao địa hình & tổn thất thuỷ lực đường ống lớn hơn). Đường ống chính cấp nước cho vùng cao B phải đi qua mặt bằng của vùng thấp A. Hình II. 16. HTCCN phân vùng song song. I, II: Trạm bơm đầu mối; a-a. Ranh giới cấp nước giữa vùng thấp A & vùng cao B; → Đường ống dẫn chính cho vùng thấp A; - - -> Đường ống dẫn chính cho vùng cao B. HTCCN phân vùng nối tiếp có phí tổn đầu tư xây dựng cũng như quản lý cao vì phải xây dựng trạm bơm & công trình phân tán, hơn nữa độ tin cậy trong làm việc của nó thấp hơn so với HTCCN phân vùng song song. HTCCN phân vùng song song có khuyết điểm là chiều dài đường ống dẫn chính lớn. Ưu điểm về mặt kinh tế được phản ánh rõ nét nhất của việc phân vùng HTCCN là giảm được chi phí về năng lượng bơm hàng năm. Để thấy được điều đó chúng ta phân tích một thí dụ sau đây: giả sử có một HTCCN bình thường không phân vùng có tháp điều tiết đối diện do một trạm bơm cung cấp nước cho một số điểm lấy nước i với lưu lượng Qi. Năng lượng tiêu thụ trong một đơn vị thời gian của trạm bơm đầu hệ thống nó bơm với lưu lượng Q, (m3/s) & cột áp H, (m) được xác định theo biểu thức: E = γQH. Năng lượng này bao gồm tổng số công tiêu hao cho ba dạng sau đây: E = Ehi + Ems + Edư 1. Tổng công hữu ích để bơm các lưu lượng yêu cầu Qi với độ cao địa hình Hi của các điểm lấy nước: Ehi = ∑(γQiHi) 2. Tổng công để khắc phục các tổn thất thuỷ lực đường ống từ trạm bơm đến các điểm lấy nước: Ems = ∑(γQiHmsi) trong đó: hmsi - tổn thất thuỷ lực từ trạm bơm đến điểm lấy nước i. (hoặc Ems = ∑ (γ x Qi-(i-1) x hmsi- (i+1)) trong đó Qi - (i+1) & hmsi- (i+1) là lưu lượng & tổn thất cột áp trong từng đoạn ống của mạng lưới). 3) Tổng cộng hao phí để bơm các cột áp dư thừa (Hi ở những điểm lấy nước có cao độ thấp: Edư = ∑ (γQiΔHi) Sở dĩ có các cột áp dư thừa ΔHi là vì cột áp do máy bơm tạo ra phải đảm bảo cung cấp được nước cho điểm bất lợi nhất theo tính toán thiết kế (điểm có cao độ mặt đất cao & xa nguồn nước của khu vực dùng nước) trong khi đó những điểm còn lại chỉ cần cột áp thấp hơn, 31 http://www.ebook.edu.vn
  20. do đó tự nhiên cũng có một cột áp dư thừa ΔHi mặc dù không cần thiết phải có. Những điểm có cao độ càng thấp thì cột áp dư ΔHi càng lớn. Trong ba thành phần cấu thành tổng năng lượng tiêu thụ E, thành phần thứ nhất Ehi là năng lượng có ích để thực hiện nhiệm vụ thiết kế đã đặt ra & không thể thay đổi được. Thành phần thứ hai Ems mặc dù là năng lượng hao phí để khắc phục tổn thất nhưng cần thiết phải có để vận chuyển nước. Trong thiết kế cần phải tìm mọi cách để giảm thiểu thành phần này; tuy nhiên việc giảm tổn thất thuỷ lực đường ống gặp phải mâu thuẫn khi phải tăng đường kính ống, rốt cục sẽ dẫn tới sự phá vỡ mối quan hệ có lợi nhất giữa phí tổn đầu tư xây dựng & phí tổn quản lý. Thành phần thứ ba Edư là năng lượng hao phí một cách hoàn toàn vô ích, mặc dù vậy nó đương nhiên tồn tại trong các HTCCN. Hiệu quả sử dụng năng lượng được đánh giá bởi chỉ tiêu: E hi + E ms E − E du E η= = = 1 − du E E E Qua sự phân tích trên đây hình thành một tư duy khoa học rất logic: muốn nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng η của HTCCN chỉ có một giải pháp tốt nhất là tìm cách giảm thành phần năng lượng hao phí thứ ba Edư sau khi đã có trị số tổn thất thuỷ lực đường ống hợp lý thông qua tính toán kinh tế - kỹ thuật mạng lưới. Trong thí dụ được minh hoạ trên hình (II.17a, b) phản ảnh biểu đồ phân bố cột áp trong đường ống & tỉ lệ giũa các thành phần Ehi, Ems, Edư của năng lượng tiêu thụ E của một HTCCN đơn giản không phân vùng do một trạm bơm có lưu lượng Q & cột áp H cung cấp nước cho ba điểm lấy nước 1, 2, 3 & tháp điều tiết cuối hệ thống có độ cao địa hình & lưu lượng lấy tương ứng là (H1, Q1); (H2, Q2); (H3,Q3); (HT, QT). Giá trị định lượng của các thành phần năng lượng tiêu thụ được biểu thị bởi diện tích các phần tương ứng trên hình (II.17b), theo đó chúng ta biết được mức độ hiệu quả sử dụng năng lượng trong hệ thống cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến trị số năng lượng hao phí Edư. Hình II. 17. Sự phân bố áp lực & năng lượng tiêu thụ trong HTCCN Thông thường những điểm lấy nước ở khu vực đầu hệ thống có cao độ thấp, nếu lưu lượng lấy của chúng lớn thì sẽ tăng năng lượng hao phí Edư (vì ΔHi & Qi đều lớn). Do đó việc phân chia nhỏ các nhu cầu dùng nước lớn & nguồn cung cấp nước cho nó thành các nhóm trạm bơm riêng phục vụ theo từng vùng cao độ khác nhau, nghĩa là phân vùng cung cấp nước song song sẽ có lợi vì giảm được Qi lẫn ΔHi dẫn tới giảm Edư. Nếu khu vực dùng nước có sự chênh lệch lớn về cao độ mặt đất sẽ dẫn tới sự phát triển 32 http://www.ebook.edu.vn