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

PGS. TS. PHAN VĨNH CẨN

TÓI ưu HÓA HỆ THỐNG

CẤP THOÁT Nước
VÀ MÔI TRƯỜNG

‫ ؛‬ì íư i:i ١K> OẠI

1

1 ŨŨ25'285
NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựN G
HÀ N Ô I-2013


LỜI NÓI ĐẦU
Từ năm học ‫ ووور‬- 7‫ ﻫﻮو‬khoa 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), t٣ ong đố cố môn học “Tốt ưa hoủ hệ thống cảp
thoát nước và Môi trư 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 kể gtáín sủt١ tht cOng xdy
lốp, nghiên củ٠a khoa học hoặc gtdng dạy thảy rõ những mdng kiến thiC cần dược
bổ sangndy.
١

Một công trinh cốp thodt nườc và mỏi Irườìxg cần dược xây d p g sao cho hợp ly
nhảt٠ ử)ìg vơi cht phi xây dựng thấp nhảt và phat dược qadn ly khat thdc lổi ưu.
Cuốn sách ‘ Tối U'U hoá hệ ilỉống cấp thoát nước và Môi trường}} đã tồng hợp,

vộn dạng các ktển thửc, thdnh tựa của cdc ngdnh khoa học, cdc môn học khác
nhau như toan, ỉỷ, sinh, hoá, vận trù học, vật lỉệu học, công nghệ thong tin V. V... để
tim công nghệ tinh toan xây dụng và quàn lý đế hệ thong cấp thoát n ả và môi
tru٠ờ ng 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

u. BÀI TOÁN TỚI UtJ TỐNG QUÁT
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 ại h ó a (c ự c tiể u h ó a )
-Hàm

f(x)-» m a x (m in )

(1 .1 )

gi(x)(< =, < ) b ị , i = 1,..., m

(1.2)

xEXeR"

(1.3)

V ớ i c á c đ iề u k iện :

B ài to á n ( 1, 1) đ ế n (1 .3 ) đ ư ợ c g ọ i là m ộ t q u y h o ạ c h , h à m f(x) đ ư ợ c g ọ i là h à m m ụ c
tic u , các h à m gi(x), i = 1,..., m đ ư ợ c g ọ i là c á c h à m rà n g b u ộ c . M ồ i đ ẳ n g th ứ c h o ặ c b ấ t
đ à n g th ứ c tro n g h ệ (1 .2 ) đ ư ợ c g ọ i là m ộ t rà n g b u ộ c
- T ậ p h ợ p:

D = {x

e

X I g,(x )(< = , < ) b j , i = 1,..., m }

đ ư ợ c g ọ i là m iề n rà n g b u ộ c . M ỗ i đ iể m
M ộ t p hư cm g án

(1 .4 )

X = (X| X2 ...Xn) G D đ ư ợ c g ọ i là m ộ t p h ư o n g án .

X * G D đ ạ t c ự c đ ạ i (h a y c ự c tiể u ) c ủ a h à m m ụ c tiê u , c ụ th ể:
f(x.) > f(x), € D đ ố i v ớ i b à i to á n c ự c đ ạ i
f(x.) < f(x),

£

D đ ố i v ớ i b ài to á n c ự c tiể u

(1 .5 )
(1 .6 )

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 án .

1.2. PHÂN LOẠI BÀI TOÁN
M ộ t tro n g n h ữ n g phưoưig án h iể n n h iê n n h ấ t đ ể g iải b ài to á n đ ặ t ra là p h ư ơ n g án
d u y ệ t to à n b ộ : T ìm g iá
trị tín h đ ư ợ c đ ể tìm ra g iá

trị c ủ a h à m f(x) trê n tấ t c ả c á c p h ư ơ n g á n , sa u đ ó so s á n h c á c 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 ài to á n .

l 'u y n h iê n c á c h g iải 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 ài 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, tập 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 , tro n g n h iề u trư 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 trư 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 ài to á n tổ n g q u á t th à n h n h ữ n g b ài to á n d ễ g iải.


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 ài 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 số 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 trư ờ n g h ợ p q u a n trọ n g c ủ a Q H T T là b à i to á n v ậ n tái.

* Q u y h o ạ c h th a m số n ế u c á c h ệ số tr o n g b ỉể u th ứ c c ủ a h à m m ụ c tiê u v à c á c r à n g
b u ộ c p h ụ th u ộ c v à o th a m số.
* Q u y h o ạ c h d ộ n g n ế u d ố i tư ợ n g x é t là c á c q u á trin h p h á t tr iể n th e o th ờ i g ia n .
* Q u y h o ạ c h p h i tu y ế n tin h n ế u f(x) h o ặ c gj(x) là p h i tu y ế n h o ặ c c ả h a i trư ờ n g h ợ p d ó
cU ng x ả y ra.
* Q u y h o ạ c h rờ i rạ c n ế u m iề n r n g b u ộ c D là tậ p rờ i rạc.
* Q u y h o ạ c h d a m ụ c tiê u n ế u tr ê n cU n g m ộ t m iề n r à n g b u ộ c

la x é t d ồ n g th O i c á c

hàm khác.

1.3. VÁN

٠Ề MÔ HÌNH HÓA

V iệ c m ô h ìn h h ó a c ó 4 b ư ớ c :

B ư ớ c 1: X â y d ự n g m ô h ìn h đ ịn h tin h c h o v ấ n d ề th ự c tế , tứ c là x á c d in h c á c y ế u tố
c ó ý n g h ĩa q u a n tr ọ n g n h ấ t v à x á c đ ịn h c á c q u y lu ậ t m à chU ng p h ả i t u n th e o b n g lờ i,
b n g b iể u d ồ , c á c d iề u k iệ n k in h tế k ỹ th u ậ t, tự n h iê n ... c á c m ụ c tiê u с П d ạ t d ư ợ c .

B ư ớ c 2: X â y d ự n g m ô h ìn h c h o v ấ n d ề d a n g x é t, tứ c là d iễ n tả lại d ư ớ i d ạ n g n g ô n
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 các

b iế n số 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 ;
+ H à m m ụ c tiê u ;
+ D iễ n tả b ằ n g c á c p h ư ơ n g tr in h h a y b ấ t p h ư ơ n g trin h c á c d iề u k iệ n k in h tế k ỹ th u ậ t.

B ư ớ c 3 : S ừ d ụ n g c ô n g c ụ t o n h ọ c d ể k h ả o s á t v à g iả i q u y ế t b à i to á n h ìn h th à n h
tro n g b ư ớ c 2. T iế p th e o , c ụ th ể h ó a c á c h g iả i b ằ n g c á c th u ậ t to á n tổ i ư u . N ế u k íc h th ư ớ c
lớ n , n ê n g iả i b ^ g m á y tin h v ớ i n h ữ n g p h ầ n m ề m th íc h h ợ p .

B ư ớ c 4: P h â n tíc h v à k iể m đ ịn h lại k ế t q u ả th u d ư ợ c tro n g b ư ớ c 3. ở d â y c ầ n p h ả i
x á c đ ịn h m ứ c đ ộ p h ù h ợ p c ủ a m ô h ìn h v à k ế t q u ả tin h to á n v ớ i th ự c tế . C ó h ai k h ả n ă n g
c ó th ế x ả y ra:
1. M ô h ìn h v à k ế t q u ả tin h to á n là p h ù h ợ p ;
2. M ô h ìn h v à k ế t q u ả tin h to á n k h ô n g p h ù h ợ p v ớ i th ự c tế . N ế u k ế t q u ả k h ô n g phù
h ợ p , c ó th ể c ó c á c n g u y ê n n h â n :
t C á c k ế t q u ả tin h to á n tro n g b ư ớ c 3 c h ư a dU đ ộ c h ín lr x á c c ầ n th iế t. K h i d ó , phai
x e m lại c á c th u ậ t t o n .


-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 ...
k hi đ ó , c ầ n đ iề u c h ỉn h lại m ộ t c á c h c h ín h x ác.
^ M ô h ìn h đ ịn h tín h c h ư a p h ả n á n h đ ư ợ c h iệ n tư ợ n g th ự c tế. cần r à s o á t lại b ư ớ c 1,
x e m có y ế u tố n à o , q u y lu ậ t n à o b ị b ỏ só t k h ô n g ?
V iệ c m ô h ìn h h ó a ở b ư ớ c 2 c h ư a th ỏ a đ á n g , c ầ n x â y d ự n g lại c h o p h ù h ọ p , m ứ c đ ộ
tă n g d ầ n từ tu y ế n tín h đ ế n p h i tu y ế n , từ tĩn h đ ế n đ ộ n g .

1.4. MỘT SỐ BÀI TOÁN VÍ DỤ
1.4.1. Bài toán 1
M ộ t bể c h ứ a n ư ớ c đ ư ợ c là m b ằ n g th é p k h ô n g rỉ c ó d ạ n g h ỉn h trụ . Đ á y b ể n ư ớ c h ìn h
trò n c ó b á n k ìn h là R . C h iề u c a o b ể n ư ớ c là H .
H ã y x ác đ ịn h tư o n g q u a n k íc h th ư ớ c R v à H s a o c h o v ớ i

R

d u n g tíc h lớ n n h ấ t m à d iệ n tíc h th é p k h ô n g gỉ là m b ể c h ứ a là
nlrỏ n h ấ t.

B ài giải:
M u ố n v ậ y , ta x é t h à m Y :
Y =

27TR.H + 2Tr.R‫؛‬
27tH + 47tR

K h ả o sá t Y ’ ta có :

Y ’(r)
’ =

C ho

Y’= 0 ^

S u y ra:

27tH = -47tR

(1 .9 )

H = -2R

(1 .1 0 )

27tH + 47tR = 0

(1 .7 )
(1 .8 )

Hình 1.1

N g h ĩa là, v ớ i đ ư ờ n g k ín h b ể c h ứ a n ư ớ c b à n g c h iề u c a o H , th ì d iệ n tíc h th é p In o x c ầ n
c ó đ ể là m b ể c h ứ a n ư ớ c là n h ỏ n h ấ t.
Đ â y là m ộ t b à i to ấ n đ ư ợ c th ự c tế ứ n g d ụ n g rấ t n h iề u k h i g ia c ô n g c á c đ ài n ư ớ c h o ặ c
b e c h ứ a n ư ớ c g ia đ ìn h đ ặ t trê n m á i n h à v à đ ã đ e m lại h iệ u q u ả c ụ th ể.

1.4.2. Bài toán 2
H ã y x á c đ ịn h k íc h th ư ớ c c ủ a m ộ t th a n h d ầ m s a o c h o
M o m e n t q u á n tín h c ủ a n ó là lớ n n h ấ t
T h e o h ìn h 1.2, m o m e n t q u á n tín h c ủ a th a n h d ầ m đ ư ợ c
x á c đ ịn h th e o c ô n g th ứ c :

=

a.b^

( 1. 11)

12

tro n g đ ó: a, b - c á c c ạ n h c ủ a th a n h d ầ m v à đ ặ t a + b = K .
n١ ....

N h ư vậy:
١

K .b ^ -b ^
T _ (K -b )b ' , ,
Jx
= ------ ----- vàJx=
٠

12

12

( 1. 12)

Đ e k h ả o s á t m o m e n t q u á n tín h c ủ a th a n h d ầ m , ta p h ả i

Hinh 1.2

n g h iê n c ứ u h à m số Jx· M u ố n v ậ y , tìm đ ạ o h à m c ủ a Jx:

1


١
,

J

_ 3 .K .b ^ - 4 .b ^

( 1 .1 3 )

V

12
C h o J ’x = 0 , t a c ó :

3 K b ‫ ؛ ؛‬- 4 b ‫؛‬١= 0

( 1 .1 4 )

b‫(؛‬3 K -4 b ) = 0

( 1 .1 5 )

G iả i p h ư ơ n g ừ ì n h (1 .1 5 ) t a đ ư ợ c :
b = 0

( 1 .1 6 )

3 K -4 b = 0

( 1 .1 7 )

3
T h a y K = a + b v à o ta có : b “ — ( a + b )
G iả i r a ta đ ư ợ c n g h iệ m :

( 1 .1 8 )

4 b = 3 a + 3b
b = 3a

( 1 .1 9 )

X é t n g h iệ m b = 0 v à b = 3 a
T a th ấ y b = 0 , n g h ĩa là k h ô n g c ó th 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 ó ١có
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 rộ n g c ủ a n ó th ì th a n h d ầ m đó) có
m o m e n t q u á n tín h lớ n n h ấ t
V í d ụ : T h a n h d ầ m c ó c h iề u c a o b = 6 0 c m v à c h iề u r ộ n g là a = 2 0 c m , th ì th a n h dlầm
c ó m o m e n t q u á n tín h lớ n n h ấ t là: Jx

2 0 .6 . )
12

3 6 0 .0 0 0 c m

1.4.3. Bài toán 3
tiế t k iệ m c h i p h í n h ấ t. V ớ i m ộ t b ể c h ứ a c ó d u n g
tíc h c h o trư ớ c V = a .b .H , c h iề u c a o H c ủ a b ể c o i
n h ư k h ô n g đ ổ i th ư ờ n g lấ y H = 4-Ỉ-5 m . B ằn g c á c h
tín h d iệ n tíc h to à n p h ầ n F c ủ a b ể , lấ y đ ạ o h à m c ấ p
1 c ủ a F , c h o đ ạ o h à m tr iệ t tiê u tìm r a k íc h th ư ớ c a,
b tố i ưu.
D iệ n tíc h to à n p h ầ n c ủ a b ể c h ứ a :

Đ ặ t;

F = 2 a b + 2 (a + b ) .H

(1 .2 0 )

a + b = K

(1 ١2 1 )

Hình 1.3

H à m m ụ c tiê u F c ó th ể v iế t:
F = 2ab + 2aH + 2bH

( 1..22)

F = 2 ( K - b ) b + 2 (K - b ) H + 2 b H
F = 2 K b - 2 b .b + 2 K H - 2 b H + 2 b H
V ì H là m ộ t h ằ n g s ố , n ê n đ ạ o h à m b ậ c n h ấ t
F ' = 2 K -4 b
- 2 (a + b) - 4b - 2 a + 2b - 4b = 2 a - 2b
C h o đ ạ o h à m F ’= 0 - > a = b.
V ậ y c á c b ể c h ứ a c ó đ á y h ìn h v u ô n g s ẽ tiế t k iệ m c h i p h í x â y d ự n g n h ấ t.

8

(1..23)


CHƯƠNG2

τ ό ι ƯU HÓA HỆ

t h On g

Cấ p

t h o At n ư ớ c

M ô h ín h to á n v à lý th u y ế t tố i ư u d ư ợ c ứ n g d ụ n g rấ t n h iề u tr o n g c u ộ c số n g , n g a y
tro n g lĩn h v ự c c ẩ p th o á t n ư ớ c c ũ n g d ã d ư ợ c n g h iê n c ứ u v à ứ n g d ụ n g n h iề u tro n g các
c h u y ê n n g à n h h ẹ p v à d ã d ạ t n h iề u th à n h tự u k h ả q u a n . T r o n g c h ư ơ n g trin h n à y , chU ng
ta s ẽ dl v à o từ n g m ụ c c ủ a c h u y ê n d ề v à b ắ t d ầ u t ừ c á c b à i to á n tố i ư u .

2 .1 .

٥ỊNH NGHĨA

TỐI ư u h ó a h ệ th ố n g c ấ p th o á t n ư ớ c là m ộ t q u á tr in h m à tro n g d ó n g ư ờ i ta p h a i tlm ra
ctr c ấ u x â y d ự n g v à q u ả n ly h ệ th ố n g s a o c h o tổ n g c h i p h i là n h ỏ n h ấ t.

2.2. CÁC DẠNG BÀI TOÁN TÓI ưu
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 trin h tro n g
h ệ th ố n g c ấ p th o á t n ư ớ c n h ư : tr ạ m b ơ m , trạ m x ử lý , d à l n ư ớ c , v ị tr i d ặ t c á c tu y ế n ố n g
tru y ề n d ẫ n , p h â n p h ố i,... sa o c h o tổ n g c h l p h i x â y d ự n g v à q u ả n lý h ệ th ố n g là n h ỏ n h ấ t
h (jặc là tổ n g h ợ p c á c b ài to á n d ó .
lệ c x á c đ ịn h đ ịa d lể m tố l ư u c h o từ n g h ạ n g m ụ c c ô n g tr in h tr o n g h ệ th ố n g cấp th o á t
n ư ớ c , v l d ụ n h ư d ịa d lể m x â y d ự n g k h u x ừ lý là m ộ t c ô n g v iệ c q u a n trọ n g v à h ế t sức
pl١ức tạp .
٧

2 .2 .1 .1 . Đ ịa đ iể m xây d ự n g k h u x ử lý (K X L )
N g o à i v iệ c p h a i rộ n g rã l, dU c h o c á c g la l đ o ạ n p h á t tr iể n th e o q u y h o ạ c h , th i k h u v ự c
d ỏ p h a i:
- C a o , th o á n g , k h ô n g bị Ung n g ậ p .
- Đ ư ờ n g g ia o th ô n g th u ậ n lợ l;
- C ó h al n g u ồ n d iệ n tr ở lê n v à d iề u k iệ n c u n g c ấ p d iệ n th u ậ n lợ l;
- G ần k h u v ự c cấp nư ớ c cũng n h ư n g u ồ n nướ c;
- C a o đ ộ th u ậ n lợ l d ể g iả m á p lự c c h o trạ m b ơ m 2 ;
- T á c d ộ n g c ủ a k h u x ử lý VỚI m ô l trư ờ n g x u n g q u a n h tố t;
- D ặ c b i ệ t , p h a i d á p trn g d ư ợ c c á c y ê u c ầ u v ề t in h to á n thU y lự c . BỞI v l, c h i p h i
d iệ n n ă n g c h o b ơ m n ư ớ c v à c á c h ệ s ố k è m th e o c h iế m t ỷ tr ọ n g lớ n tr o n g c á c c h i p h l
v ề q u ả n ly .

2 .2 .1 .2 . Đ ịa đ iể m xây d ự n g
T rạ 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 trin h k ể tr ê n d ư ợ c th ể h iệ n n h ư sau :
+ N ề n d ấ t tố t, n ế u tiế p g ia p VỚI s ô n g , su 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 ;


+ Đ i !ạ‫ ؛‬th u ậ n tiệ n , c ấ p d iệ n d ễ d à n g ;
t

٧

iệ c k ế t n ố i v ớ i d ư ờ n g ố n g h ợ p lý v à tu â n th e o c á c q u y lu ậ t v ề thU y lự c;

+

٧

iệc x â y d ự n g d ài n ư ớ c , b ể c h ứ a n ư ớ c ... c ũ n g d ò i h ỏ i tư ơ n g tự n h ư dối v ớ i tr ạ m

b ơ m , n h ư n g tro n g m ố i liê n h o à n : T rạ m b ơ m - d ư ờ n g ố n g - b ể c h ứ a (d à i n ư ớ c ) sao c h o
tổ n g c h i p h i x â y d ự n g v à q u ả n lý là n h ỏ n h ấ t.
N g o à i ra , p h ả i q u a n tâ m dU ng m ứ c d ế n d u n g tíc h c h ứ a n h ư là b à i t o n tố i ư u tim k íc h
th ư ớ c b ể c h ứ a , tro n g d ó c ó x e m x é t v ấ n d ề p h á t triể n tro n g tư ơ n g lai.

2.2. Ι.3. Các công trinh khác trên mạng
T h á p c ắ t á p , th á p d iề u á p , h ố g a, h ố v a n , h ọ n g c ứ u h ỏ a Ѵ .Ѵ ... c ầ n d ư ợ c b ố tri sao c h o
h ợ p lý;
‫ ؛‬T h e o tiê u c h u ẩ n , q u y p h p ;
t D ễ th a o tá c , v ậ n h à n h , s ử a c h ữ a ...;
+ T h e o q u y h o ạ c h p h á t triể n ;
+ v a c u ố i cU ng, n ế u c ó th ể th i tin h tố i ư u th e o tổ n g c h i p h i x â y d ự n g v à q u ả n ly

2.2.2. Tối iru hóa lựa ch‫ ؟‬n dung tích chứa
D u n g tíc h c h ứ a dU ng c h o b ể c h ứ a n ư ớ c th ô , n ư ớ c s ạ c h , d à i n ư ớ c ... g ắ n v ớ i t r p b ơ m ,
trạ m t n g á p , k h u x ử lý ... d ề u p h ả i d ư ợ c n g h iê n c ứ u tỷ m l trê n c ơ s ở tin h to á n d u n g tíc h
p h ù h ợ p v ớ i n h u c ầ u dU ng n ư ớ c .
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 tro 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 tro n g b iể u d ồ dU ng n ư ớ c th e o g iờ v à nhrr v ậ y
d u n g tíc h b ể c h ứ a sẽ n h ỏ n h ấ t
S a u k h i x á c đ ịn h d ư ợ c d u n g tíc h c h ứ a c ầ n th iế t, n g ư ờ i th iế t k ế c ò n p h ả i k h ả o sát k íc h
th ư ớ c c ủ a b ể c h ứ a s a o c h o c h i p h i x â y d ự n g là tố i ư u ( x e m m ụ c 2 , c h ư ơ n g I).

2.2.3. Tối ưu hóa việc ch‫ ؟‬n bơm
CO n h iề u lo ạ i b ơ m d ư ợ c s ử d n g tr o n g lĩn h v ự c c ấ p th o á t n ư ớ c:
1 . B ơ m ly tâ m
2. B ơ m c h im
3. B ơ m trụ c đ ứ n g
4. B ơ m h ư ớ n g trụ c
5. B ơ m th o á t n ư ớ c (c h ịu a x it)
6. B ơ m tầ n g , v v ...
S a u k hi lắ p d ặ t c ầ n có s ự th e o d õ i, k iể m tra d ể d iề u c h in h ch ế đ ộ h o ạ t d ộ n g ch o p h ù h(.jp.
T u y v ậ y , d ạ i d a số s ử d ụ n g b ơ m ly tâ m . D ặ c tin h q u a n trọ n g ١'à c ơ

bn

nhất của bơm

ly tâ m là m ố i q u a n h ệ g iữ a lư u lư ợ n g v à á p lự c c ủ a b ơ m (Q - H ).
T h ự c tế tro n g d ờ i s ố n g , n g ư ờ i ta h a y s ả n x u ấ t c á c lo ạ i b ơ m ly tâ m có c ác c h i số Q và
H c ố đ ịn h . N ế u th a y d ổ i lư u lư ợ n g b ơ m sẽ k é o th e o th a y d ổ i á p lự c b ơ m . T u y n h iê n .

10


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 áp lự c b o m (Q - H ) tư ơ n g ứ n g
v ớ i h iệ u s u ấ t c ủ a b ơ m ly tâ m (n = 0 ,6 - 0 ,8 5 ).
T r ư ờ n g h ọ p m u ố n th a y đ ổ i Q - H , có th ể tậ n d ụ n g c á c k h ả n ă n g s a u đ â y ;

2 .2 .3 .1 . S ổ v ò n g q u a y n
V iệ c th a y đ ổ i số v ò n g q u a y n c ủ a m á y b ơ m sẽ k é o th e o s ự th a y đ ổ i tố c đ ộ c ủ a b á n h
x c c ô n g tác v à d o đ ó sẽ th a y đ ổ i lư u lư ọ n g b ơ m . S ự th a y đ ổ i đ ó x ả y r a th e o đ ịn h lu ật:

n,

n.
, H١
— và
n2

Q2

H
٤^2

(2. 1)

v^2y

tr o n g đ ó :
Q | v à H ١- lư u lư ợ n g v à áp lự c c ủ a m á y b ơ m có số v ò n g q u a y là n i ;
Q 2 v à H 2 - tư ơ n g ứ n g v ớ i số v ò n g q u a y n 2 ■
K h i th a y đ ổ i Q - H th ì c ô n g s u ấ t đ ộ n g c ơ trê n trụ c m á y b ơ m c ũ n g th a y đ ổ i th e o v à
đ ư ợ c x á c đ ịn h :

í ^
n \
N-

( 2 .2 )

yl^2y

S ự th a y đ ổ i c á c đ ạ i lư ợ n g Q , H , n v à N , đ ư ợ c đ ư a r a tr o n g v í d ụ c ủ a b o m ly tâ m q u a
bẽm g 1:

Bảng 2.1. Ví dụ về sự thay đổi vòng quay của máy bơm
ĨIỊ = 2900v/min

ĨÌ2

Qi

= 2500v/min

H3 = 2000v/min

H4 = 3200v/min

Q2 = 0,862Qi

Q3 = 0,690Q|

Q 4=1,103Q i

H Ị cho trước

H2 = 0,743Hi

H3 = 0,476Hi

H 4=1,218H i

N1

N2 = 0,641N|

N3 = 0,328Ni

N4 = l,344Ni

Qi

Hi

N,

Q2

H2

N2

r n ỉh

m

kw

m^/h

m

0

26.0

2.8

0

10
20

25.8

2.9
3.2

8.6
17.2

30
40

. 25.2
24.6

3.5
3.8

50

23.7

60

kw

Q3
m^/h

H3
m

19.3

1.8

0

19.2

6.9

18.9

1.9
2.0

13.8

25.9

18.7

2.2

20.7

34.5

18.3

2.4

4.3

43.1

17.6

22.6

4.6

51.7

70

20.9

4.9

80

18.8

90

N3
kw

Q4
m%

H4
m

N4
kw

12.4

0.9

0

31.7

3.8

12.3

12.1

1.0

11.0

31.4

3.9

1.0

22.1

31.1

4.3

1.1

33.1

1.2

44.1

30.7
30.0

4.7

27.6

12.0
11.7

2.8

34.5

11.3

1.4

55.2

28.9

5.8

16.8

2.9

41.4

10.7

1.5

66.2

27.5

6.2

60.3

15.5

3.1

48.3

9.9

1.6

77.2

25.5

6.6

5.1

69.0

14.0

3.3

55.2

8.9

1.7

88.2

22.9

6.8

5.3
5.4

77.6
86.2

12.3

7.8
6.4

1.7

7.1

1.8

99.3
110

20.1

10.0

3.4
3.5

62.1

100

16.5
13.4

104,5

12.0

5.4

90.1

8.9

3.5

5.7

1.8

115

16.3
14.6

7.3
7.3

25.5

69.0
72.1

5.1

11


N ế u ta g iả m v ò n g q u a y x u ố n g d u ớ i 1 6 0 0

٧

/phU t th i d u ờ n g c o n g Q - H sẽ k h ô n g c ắ t

d ư ờ n g d ặ c tin h c ủ a ố n g d ẫ n , n g h ĩa là m á y b ơ m h o ạ t d ộ n g n h ư n g k h ô n g b ơ m d ư ợ c n ‫ ا‬rớc
v à n ư ớ c c h ỉ n ó n g lê n d o m a sát. V I v ậ y n h à s ả n x u ấ t k h u y ê n n ê n s ử d ụ n g th iế t b ị d ổ i

v ò n g q u a y c h o p h ù h ọ p v à k h o ả n g có h íệ u s u ấ t c a o c ủ a b ơ m n ằ m tro n g g iớ i h ạ n 7 0 ٠
/o 1 0 0 % vO ng q u a y с Ь и П c ủ a b ơ m d ư ợ c x u ấ t x ư ở n g . T ro n g th ự c tế, n g ư ờ i ta á p d ụ n g s ự
th a y d ổ i tầ n s ố d iệ n d ể là m b iế n d ổ i vO ng q u a y c ủ a d ộ n g cơ . M á y b iế n d ổ i tầ n số d irợ c
g ọ i là m á y b iế n tầ n .

2 .2 .3 .2 . M á y b iến tần
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 số c ủ a lư ớ i d iệ n 5 0 H z ) s a n g m ộ t tầ n số Ỉ2
tr 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 tr ự c tiế p .
D ố i v ớ i h ệ th ố n g c ấ p th o á t n ư ớ c , s ử d ụ n g m á y b iế n tầ n n à o p h ụ th u ộ c rấ t n h iề u v ào
v iệ c p h â n tíc h , đ á n h g iá c á c d iề u k iệ n , y ế u tố n h ư :
- N h u c ầ u dU ng n ư ớ c
- K h ả n ă n g d ầ u tư c h o m á y b iế n tầ ^
- T r in h đ ộ q u ả n lý , v ậ n h à n h m ạ n g lư ớ i, k ể c ả m á y b iế n tần .
D ộ n g c ơ m á y b ơ m từ 5 k w d ế n 15 0 k w ١dO ng d iệ n 3 p h a , th ế h iệ u 3 8 0 V , có 'thể n ố i vớ i
m á y b iế n tầ n , v ớ i m ụ c d íc h th a y d ổ i vO ng q u a y c ủ a m á y b ơ m v à d o d ó d iề u c h in h dại
lư ợ n g Q v à H
T ạ i ữ ạ m b ơ m 2 .nhà m á y n ư ớ c G ia L âm , H à N ộ i, v ớ i cô n g su ất 3 0 .0 0 0 m^ /n g à y , lắp 4
m á y b iế n tầ n ch o m á y b ơ m có 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.
N h iề u c ô n g ty c ấ p n ư ớ c n h ư : L â m D ồ n g , H ả i PhO ng, H ả i D ư ơ n g , N h a T r a n g , Q u y
N h ơ n , C ầ n T h ơ , Ѵ .Ѵ ... c ũ n g d a d ầ u tư m á y b iế n tầ n m ộ t c á c h h ế t s ứ c th à n h cô n g . T u y
n h iê n , trư ớ c k h i lắ p d ặ t m á y b iế n tầ n c h o m á y b ơ m c ầ n n g h iê n c ứ u k ỹ c á c th ô n g số:
- M á y b ơ m n à o , chU ng lo ạ i gì (M á y b ơ m 2 d ư a n ư ớ c ra m ạ n g n ê n d ư ợ c ư u tiê n ) sẽ
d ấ u n ố i v ớ i m á y b iế n tầ n ?
- C á c d ặ c tin h tư ơ n g ứ n g c ủ a m á y b iế n tầ n r a sao ?
- B iể u d ồ h o ạ t d ộ n g c ụ th ể c ủ a từ n g lo ạ i m á y b ơ m v à m á y b iế n t n v v ...
S a u k h i lắ p d ặ t c ầ n c ỏ s ự th e o d õ i, k iể m tra d ể d iề u c h in h ch ế đ ộ h o ạ t d ộ n g c h o p h ù h،.^.
X u ấ t p h á t từ c á c d iề u k iệ n th ự c t ế c ủ a m ạ n g lư ớ i c ấ p n ư ớ c c ỏ 3 m ô h ln h k ế t n ố i m á y

b ơ m v à m á y b iế n tần .
+ 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 , cOn c á c m áy

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 tần . C ó C a r d riên 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 iểa
lo g ic v à m á y tin h .

12


N

‫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:
ì

D,
D٦

H,
H

2

‫ﻧﻢ‬٥٠
١
‫ ﻫ ﺎ‬2‫ر‬

' N)

١à

—L
N٦

/

íd]

١3

(2.3)

v٥ 2y

Việc cắt gọt bánh xe thường chỉ được tiến hành 01 lần khi lắp đặt máy bơm, nhằm
mục đích đưa đường đặc tính Q - H của bơm lắp đặt đến gần với đường biểu đồ dìing
nước trong ngày.
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
Dj = 139mm

D2=130mm

D3 = 120mm

D4=115mm

Ql=98m3/h

Q2 = 83„‫ﻫﺪا‬

Q3 = 64m3/h

Q4 = 49‫ﻗﺎﻟﻞ‬/]١

Hi=21.5m

H2=17m

H3 = 13m

H4 = 1 0 m

N ị = 5.5kw

N2 = 4kw

N3 = 2.7kw

N4 = 1 . 8

ĩ|=0.81

η=0.75

q = 0.71

η = 0 .6 8

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...

14


٧ ‫ ؛‬d ụ l:

Trong công nghệ khử sắt, việc oxy hóa sắt Fe٠. 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 Fe٠+ (dạng keo hay dạng tự do...). Nếu oxyt sắt Fe٠' 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 nhtag 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:
15


d^

٠

H

۴

q‫؛‬

,

H4Î Q 4,

l '2

zq

1

4μ

2 |

٠٠

١ ٠4١ и

—
٠

Η.

Qi١ Di, L|

(Q ‫؛‬+Q2),

(Q i +Q2+Q5), Оз١и

2, 2‫أ‬

٥

Нз

Qh 0

4

‫ﻟ ﺬ‬

ffin h 2.2
1 . Trạm xử lý có công suất không dổi ٧à b n g Σ٩ί = K.

2. Trong tổng số giếng Hi, Η 2 , Η 3 và Η 4 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
5. Độ hạ thấp mực nước: Sn = s ٧
CO trường hợp, lưu lượng là hàm số của độ hạ thấp mực nước, ví dụ:
f(٠ ) = f(S) = f ( a . s ٥)
6. H ệ

thống ống dẫn nước thô Ly: Giả thử rằng hệ thống ống dó dược lắp dặt cUng loại

ống (gang, thép, nhựa...) và các chỉ số công nghệ khác cho cả ống nhánh và ống chinh.
7. Cho biết giá diện dUng trong bơm nước là 1000 dồng/kwh١ hệ số hiệu dụng cUa
bơm là: n = 0 , 6 0 , 8 ‫ ا‬.
8 . Trên cơ sở các thông số của hệ thống giếng tại nhà máy nước Hạ Dinh Hà Nội

chẳng hạn. Hãy xác định giá trị chi phi thực tế cho từng trường hợp lịch bơm (P = 120
giờ). Biết r ^ g chi phi dầu mỡ, sừa chữa, bảo dưỡng,... tinh chung bằng 10% chi phi
diện năng.
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:
Bơm
N1
N2
N‫؛‬
N4
16

ngày

11-15
ngày

16-20
ngày

21-25
ngày

26-30
ngày

N2 + N3
‫ ذ‬N4

Ν 1 +Ν 3
^N 4

Ν] + N2
^N 4

Ν1 + Ν 7
^N 3

N2 + N3
^N 4

1-5
ngày

6 -1 0

N i +N 7
^N 3


Sau khi xác định tổng hợp bơm cần t‫؛‬én hành tinh toán các thOng số ihUy !ực của
hệ thống:
EQ = K١ Ọn,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.

cđiên

Q .H .p.t.S

102.η

trong dó:
p - ty trọng của nước;
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.
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.
L u u ỷ:

2.2.7. Tở'i

‫ﻻﻻ‬hóa 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 iế 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
tr٤١ng 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.
17


Hình2.3

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:
C h i t tắ c ố n g l ọ c :

- 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.
18


- Trên ổng câ'p nước, cứ 500-700 n١phải 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 ìn hlề

2.2.9. Lý thuyẻt cơ bản trong xác định tỏ'í ưu hóa dường ống cà'p thoát nước
Tiong thự‫ ذ‬tê' cấp thoát nưỏc thi dường ống thường dược xác định theo vận tốc trung
bìnli, dựa vàớ lưu lư ơ g pl١ân 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
làn١việc 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
19


c á c đ o ạ n ố n g . C ò n tin h to á n k in h tế 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 ch ư a b ‫؛‬ế t ١cắc c h ỉ tỉê u k in h tế d ư ợ c đ á n h g iá tlieo m ứ c đ ộ
ch i p h i v ố n d ầ u tư (W ) c h o to à n hệ 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 vào
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 và các d iề u k iệ n c ụ c b ộ k h á c . C h i p h i vốn
d ầ u tư c ủ a h ệ th ố n g c ấ p n ư ớ c chU y ế u b ao g ồ m : C hi p h i x â y d ự n g ( C x d ) v à ch i p h i q u ản
lý ( C q l ). N h ư v ậ y tổ n g c h i p h i v ố n d ầ u tif c ủ a h ệ th ố n g c ấ p th o á t n ư ớ c sẽ x ác đ ịn h th eo
cOng thứ c:

W = Cx ٥ ‫ ؛‬t.CQL

(2.4)

G iá th à n h x â y d ự n g ố n g c ấ p th o á t nướ c p h ụ th u ộ c :
- L o ạ i v ậ t lỉệ u là m ố n g ;
- D ư ờ n g k in h ố n g D , c h iề u d ài tu y ế n ố n g L;
- T h iế t bl v à p h ư ơ n g p h á p n ố i ố n g (p h ụ tUng n ố i ố n g );
- D iề u k iệ n th i c ô n g ...

N ếu c h ú n g ta b iể u th ị tổ n g ch i p h i v ố n d ầ u tư w c ủ a h ệ th ố n g c ấ p th o á t n ư ớ c b ằn g
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 các đ o ạ n (q ‫؛‬-k) và d ư ờ n g k in h ( d ‫؛‬٠
k) cíia c h ú ỉig tliì
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 ng với tổ n g c h i p h i v ố n d ầ u tư là
n h ỏ n h ấ t( W m ‫؛‬n).
V ấ n d ề d ạ t ra là: n ế ư d ư a n ư ớ c tới nơi tỉê u th ụ b ằ n g m á y b ơ m m à á p lực c ù a m áy
b ơ m c h ư a b iế t th l chU ng ta c ẩn p h ả i c h ọ n d ư ơ n g k in h c h o c á c đ o ạ n ố n g c ủ a to à n h ệ
th ố n g s a o c h o tổ n g c h i p h i là n h ỏ n h ấ t, tức là ta p h ảỉ t'،m d ư ơ n g k in h k in h tê' n h ấ t. M ạt
k h á c , nê'u c ấ p n ư ớ c b ằ n g m á y b ơ m m à áp lực c ủ a m á y b ơ m đ ã b iế t, th i v iệc tin h to á n sẽ
d ơ n g iả n h ơ n , ta c h ỉ c ầ n c h ọ n d ư ơ n g k in h c h o c á c đ o ạ n ố n g tro n g h ệ th ố n g s a o c h o giá
th à n h x â y d ự n g n h ỏ n h ấ t là dư ợ c.
N ế u g ọ i tổ n g g iá th à n h là w và th ơ i g ia n tin h to án là t (t là th ờ i g ia n làm v íệ c hay
tu ổ ỉ th ọ c ủ a ố n g ), chU ng ta sẽ c ó b iể u th ứ c b iể u thị tổ n g c h i p h i vốn d ầ u tir c h o m ộ t năm
tro n g th ờ ỉ g ia n tin h to á n t:

W --.C

xd

+ C ql

(2.5)

tro n g dO:
CxD - c h i p h i x â y d ự n g m ạ n g lưới c ấ p th o á t nư ớ c và h ệ th ố n g ố n g d ẫ n ;
C q l - c h i p h i h à n g n ã m c ủ a hệ th ố n g ;
t - th ơ i g ia n h o à n .v ố n .
C h i p h i q ư ả n lý b a o g ồ m : C hi p h i d iệ n n ă n g c h o v iệ c b ơ m n ư ớ c, c h ỉ p lií sLta chữ a
h à n g n g à y , c h i lư ơ n g c h o c á n bọ, cO ng n h â n q u ả n lý v à c á c c h i p h i c ụ c b ộ k h á c . T ro n g
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 dOng 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 ‫ ؛‬...

20


^’!١‫اآا‬١‫ ج‬с Ili phi !iên quail ،‫ اا'ﺧﺎ‬việc 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
tr٤)m bơm cấp II và tổng giíí trị tổn thiít áp 10 ‫ ؛ا‬trong 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 làCxDNếu 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

‫ = إ‬E,

ta sẽ cO cOng thức xác định tổng chi phi vốn dầu tư cho 1 năm

trong thời hạn tinh toán:
W = (E + p ).C xd + Cql

(2.6)

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:
Co = a + b.d^k

(2.7)

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.
21


K h i ấy g iá th à n h x â y d ự n g to àn b ộ hệ 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:

Cxd, ML =

z

(a + b .d “ |،).lị_|^

(2.8)

1

tro n g đ ó :
d |٠|‫ ؛‬- đưòfng k ín h c ủ a c á c đ o ạ n ố n g ;
1‫؛‬.‫؛‬. - c h iể u d à i c ủ a c á c đ o ạ n ố ng;
a - h ệ s ố p h ụ th u ộ c v ậ t liệu , p h ụ tù n g n ố i ố n g ;
b - h ệ s ố p h ụ th u ộ c p h ư o n g p h á p v à đ iề u k iệ n th i c ô n g ố n g ;
a - số m ũ.
C h i p h í q u ả n lý c ơ b ả n c h ủ y ếu p h ụ th u ộ c v à o c h i p h í đ iệ n n ă n g đ ể b ơ m n ư ở c V ì
đ ư ờ n g k ín h ố n g th a y đ ổ i n ê n áp lự c c ủ a m á y b ơ m c ũ n g th a y đ ổ i th e o v à d o đ ó nâng
lư ợ n g đ iệ n tiê u th ụ c ũ n g th a y đổ i.

c;. =Cd.KA = Q.H(p, + P2)
8760.Ơ

Pi =

(2.9)

( 210)

102.Ĩ1
( ẹ + p ^

(2 .1 1 )

102.T1
tro n g đ ó :
K ٨ - h ệ s ố tín h đ ế n sử a ch ữ a , b ả o d ư ỡ n g , k h ấ u h a o ;

c ٥ - chi

p h í đ iệ n n ă n g ;

ơ - g iá th à n h lk w h .
Ỵ - trọ n g lư ợ n g riê n g c ủ a nư ớ c 1 T /m ١;
r|

h iệ u s u ấ t c ủ a m á y b ơ m ;

٠

Q - lư u lư ợ n g m á y b ơ m ;

H - cột

á p c ô n g tá c c ủ a m á y b ơ m (m ),

H = Hị٥ + AH;

H ‫؛‬٥ - á p lự c tự d o tại đ iể m b ất lợi n h ấ t;
A H - tổ n th ấ t á p lực từ trạ m b ơ m c ấ p II đ ế n đ iể m b ấ t lợ i n h ấ t;
e - h ệ s ố h iệ u q u ả tín h b ằ n g thờ i g ia n h o à n v ố n e = 1/t (c h o trạ m b ơ m ) ;

p - h ệ s ố k h ấ u h a o trạ m b ơ m ;
k | - h ệ s ố đ ầ u tư c h o trạ m bơ m ;
r. - h ệ s ố d ự p h ò n g c h o m á y b ơ m .
N g o ài c á c y ếu tố trên , tổn thất áp lực là m ộ t th àn h p h ầ n c ó tác đ ộ n g lớ n đ ế n h à m tối LIU.
L

.— X
2 .g
tro n g đ ó : V

22

D

v ậ n tố c th e o p h ư ơ n g trìn h M a n in g - S tric h le r c ó d ạ n g :

٠

( 2 . 12)


٧ = K

T h a y giá trị

٧

m

.J I/2 .R 2 /3 .

'à ٥ ta được:

١

K.Q^.L.

h =

D

m

D =K !'m .Q 2/m ,hr'/" ٦ .L’i/m

(2.13)

C hi phi xây dựng:
CxD

= (a + b.D“).L = (a + b.( KỊ/m. ọf/m. hr'/m . ] } 'r )“ ).L

(2.14)

D ẻ giải bài to á n tối ưu hóa dưCmg kíiih ố n g đơn trong d ỉều k iệ n tĩn h , n g h la là th e o m ộ t
ch iềư dOng c h ảy n h ấ t đ ịn h và khOng d ấu vào m ạch vOng, ta lập h à m m ụ c tiêu th e o dạn g :

M : Z ( C ٠٥+ C „ )

(2.15)

m in

n=l
,2/m L . l / m

ĩl / rĩ i xa

M = S ( a ‫ ؛‬b . ( K ‫ ؛‬/ ^ . Q ‫ " " ؛‬. h ‫ ' " ' ' ؛‬. L 'i'^ )“ ) . L t P ( H . t 2 h ) .Q - > m in

(2.16)

D ể m in h h ọ a str ràn g b u ộ c củ 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 tliOng s ố
n h ư clii p h i x â y di.mg với lini Itrợng, giữa tổ n th ất và 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 tối iru c ù a tuyê'n ố n g dó. T rên biểu 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 iao đ iểm c ủ a hai d ư ^ g co n g k in h p h i x â y d ự n g v à tổ n th ất.

Hình 2.5. Dồ thi ,XCK■ ‫ ا ج‬١١ ‫ اا‬đường kínti ống tối tfu
^ á c đ ịn h h à m rn ụ c tiêu d ể tlm d ư ợ c các g iá trỊ n h ỏ n h ất.

M .Ế C .+ C .
t=l

trong đó:
C x = Ề C \ ( L , ) + C x ( U ) + Cx(L3) +
1=1

23

C p=Ề C p(L i) + Cp(4 ) + Cp(4 ) + j,.
‫ا=ﺀ‬
-

٠,

.

,١

٥٠.

٠ ỔM

A

١

ỔM

B ăiig p h ư ơ ‫ل‬
١
g p h á p d ạ o h à m trự c tiê p rôi c h o — = 0 và _ =
ỡh
ỔQ
D ư ờ n g k in h ố n g tố i ưu;

D ị = ѵ ч /а+ т

٧

ta s ẽ dirợ c:

Q a+m

(2 .1 7 )

tro n g d ó : w - h ệ s ố k in h tế.

w=

8 ,8 4 .1 0 '2 .η ι.σ

(2 .1 8 )

K‫؛‬١ .a.b.η.c

8 ,8 4 .1 0 2 ‫ ا‬- h ệ s ố c h u y ể n đ ổ i;
m - h ệ s ố M a n n in g - S tric k le r;
σ - g iá tiề n d iệ n , th ự c t ế g iá tiề n d iệ n luOn th a y d ổ i h à n g n ă m v à d o d ó σ c ũ n g ١à m ộ t
h à m s ố p h ụ th u ộ c v à o thOi g iait;
K |1 - h ệ s ố n h á m c ủ a ố n g . Km p h ụ th u ộ c v ậ t liệ u là m ố n g Km = 8 0 1 3 0

‫;؛‬

b - h ệ s ố x â y d ự n g c ủ a du O n g ố n g tín lí th e o g iá th ụ c tế;
a - s ố m ũ p h ụ th u ộ c v à o v ật liệ u ố n g ;
η - h ệ s ố h iệ u d ụ n g c ủ a b ơ m ;
c - h ệ s ố c h iế t k h ấ u c ó tin h đ ế n tliời g ia n sử d ụ n g c = 1 ,0 6 1 ,0 8 ‫ ؛‬.
B ằn g c á c th u ậ t to á n tố i ưu trê n , ta c ó th ể lập d ư ợ c k ết q u ả c á c d ư ờ n g k in h g iớ i h ạ n

c h o tím g lo ại d ư ờ n g k in h tiê u c h u ẩ n , h o ặ c th à n h lậ p c.ác g iá trị “ T ố c đ ộ k in lt tế” m à ta
c ó th ể ứ n g d ụ n g d ể c h ọ n d ư ơ n g k in h b a n đ ầ u p h ụ c vụ c h o việc q u y h o ạ c h lioặc lậ p k ế
hoạch xây dựng dài hạn.
L ấy d ạ o h à m H à m m ụ c tiê u d ể tim g iấ trị Mmin. Đ ể g iả i d ư ợ c b ài to á n n à y ta cần :
- Q u y n ạ p c á c b iế n s ố k h á c n h a u vế m ộ t b iến s ố đ ồ n g th ờ i tở n trọ n g c á c đ ịn h lu ậ t về
th ủ y lực. T ro n g trư ờ n g h ợ p n à y có th ể c ltọ n m ộ t tro n g c á c b iế n số : D (d trờ n g k in h ), h
(tổ n tliất thUy lự c); Q (lim lư ợ n g ) và 1 (c h iề u d ài).
- D ù n g p h ư ơ n g p h á p L a g ra n d e d ể g iả i với sự g iú p d ỡ c ủ a c á c h ệ s ố L a g ra n d e :

F — Σ c 4- λ| ·f| + 2‫· أ‬f] + λ3·ί3 +
1=1

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 tri c ủ a k h u x ử lý rổ i so s á n h tổ n g chi
p h i. N ế u sử d ụ n g p h ư ơ n g p liá p n à y till pliải ứ ng 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 ^ ig k in h ố n g k in h tế và c h ọ n đ ộ d ài tu y ế n ố n g h ợ p ly.

24


CHƯƠNG 3

TỐI ư u HÓA ĐƯỜNG KÍNH ÓNG

3.1. SỤ CẦN THIẾT TỐI ƯU HÓA ĐƯỜNG KÍNH ỐNG
T ro 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 , sợ i tổ n g h ọ p , n h ự a

pvc,

H D P E , P P R ...

b) Phưo٠
ng pháp đấu nối

Đ ư ờ n g ổ n g c ó th ể n ố i v ớ i n h a u b à n g :
H à n k im lo ại: C h o ố n g th é p , g a n g , đ ồ n g , ch ì...
- H à n n h ự a ; C h o ố n g n h ự a P V C , P E , P P R ...
- B ắ t b íc h : C h o ố n g th é p , g a n g , n h ự a
- M iệ n g bát: C ó th ể x à m b ằ n g đ a y , b i tu m v à x i m ă n g , h o ặ c d ù n g ố n g m iệ n g b á t có
g io ă n g c a o su...

c) PhuoTig pháp thi công
Đ ư ờ n g ố n g đ ư ợ c lắ p đ ặ t th e o c á c p h ư o m g p h á p k h á c n h a u : T h ủ c ô n g , c ơ g iớ i h o ặ c c ơ
g iớ i từ n g p h ầ n k ế t h ợ p c h o c á c c ô n g đ o ạ n k h á c n h a u :
- K ế t c ấ u m ó n g đ ơ n g iả n : đ ặ t trê n n ề n đ ấ t c ứ n g , h o ặ c có ló t c á t, đ á d ă m
- K ế t c ấ u m ó n g p h ứ c tạ p : c ó c ọ c m ó n g (b a n g tr e , b ê tô n g c ố t th é p ), có lớ p đ ệ m cát,
s ỏ i, v à c ó đ ế b ằ n g b ê tô n g c ố t th é p .
- C h o n h ữ n g đ o ạ n ố n g đ ặ c b iệ t n h ư ; ố n g q u a c ầ u , đ ư ờ n g x e lử a , s ô n g , s u ố i, ao hồ
T u y v ậ y , c á c y ế u tổ k ể trê n p h ụ th u ộ c n h iề u v à o v iệ c k ra c h ọ n b a n đ ầ u , n h ư :
- Ố n g q u a c ầ u , s ô n g , su ố i n ê n là m b à n g th é p ,
- Ồ n g c ấ p n ư ớ c c ó á p , d ọ c th e o c á c tu y ế n đ ư ờ n g q u a n trọ n g n ê n là m b ằ n g g a n g , th é p ,
b ê tô n g c ố t th é p
- Ố n g tự c h ả y h o ặ c á p lự c th ấ p c ó th ể đ ư ợ c là m b ằ n g n h ự a , b ê tô n g h o ặ c b ê tô n g
c ố t th é p
- Ố n g th o á t n ư ớ c ; c ó th ể d ù n g ố n g n h ự a , a z ơ b é t h o ặ c b ê tô n g c ố t th é p .
G iá th à n h c ủ a m ộ t tu y ế n ố n g , n g o à i n h ữ n g y ế u tố k ể trê n c ò n p h ụ th u ộ c rấ t n h iề u v à o
đ ộ lớ n c ủ a tu y ế n h o ặ c đ ư ờ n g k ín h ổ n g d ẫ n . ố n g c à n g lớ n , c à n g to c h i p h í x â y d ự n g

c à n g lớ n . Ố n g c à n g b é c h í p h í c à n g n h ỏ . V ì v ậ y tố i ư u h o á đ ư ờ n g k ín h ố n g d ẫ n là m ộ t
tro n g n h ữ n g m ụ c tiê u q u a n trọ n g n h ấ t c ủ a b ài to á n g iá th à n h h ệ th ố n g đ ư ờ n g ố n g m ạ n g
lư ớ i c ấ p th o á t n ư ớ c .

25


3.2. C ơ S Ở C Ô N G N G H Ệ
C á c b à i to á n tối ư u á p d ụ n g tro 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
th u ỷ lự c. H o ặ c n ó i m ộ t c á c h k h á c đ i, c á c phưorng á n tố i ư u đ ư ợ c th à n h lập trê n c ơ s ở các
đ iề u k iệ n b iê n là n h ữ n g q u y lu ậ t th u ỷ lự c c ủ a h ệ th ố n g .
C á c q u y lu ậ t đ ó là;
1. Đ ịn h lu ậ t B e rn o u lli v ề c â n b à n g đ ộ n g lư ợ n g :
H „0 +'

V'

2g

+ “ + h , = co n st

(3 .1 )

Y

2. Đ ịn h lu ậ t v ề d ò n g c h ả y liê n tụ c:
Q = V .F
3. Đ ịn h lu ậ t K ir c h h o f f th ứ n h ấ t: T ổ n g lư u lư ợ n g n ú t b à n g k h ô n g

Sqi=0

(3.2)

nút
4. Đ ịn h lu ậ t K ir c h h o f f th ứ h ai: T ổ n g tổ n th ấ t á p lự c tr o n g m ỗ i v ò n g k ín b à n g k h ô n g :
I

h, = 0

(3 .3 )

vòng

5. Đ ịn h lu ậ t D a rc y v ề tổ n th ấ t á p lự c tr o n g đ ư ờ n g ố n g ;
H: -

V ^L

X

(3 .4 )

2gD
6. N g o à i ra tố c đ ộ d ò n g c h ả y đ ư ợ c x á c đ ịn h th e o M a n n in g - S tric k le r:
(3 .5 )

V = K „m.J 2
H

= 1 0 ,2 9 .1 0

10

1

Q^L
■ ٥٠١١

tro n g đó:
H o - c h iề u c a o đ ịa h ìn h ;

H r - tổ n th ấ t á p lự c;
V - tố c đ ộ d ò n g c h ả y ;
g - g ia tố c trọ n g trư ờ n g ;
p
= _
1. .١.
— c ộ t n ư ớ c th u ỷ tĩn h ;

Y
- h ệ số tổ n th ấ t;
L - c h iề u d à i ố n g ;
D - đ ư ờ n g k ín h ố n g ;
Km - h ệ số m a s á t c ủ a ố n g ;
J- đ ộ d ố c th u ỷ lự c;
m - số m ũ tro n g c ô n g th ứ c c ủ a M a n n in g - S tric k le r.

26

(3 .6 )