Vízellátás 6. előadás

1. EJF Építőmérnöki Szak (BSC) Vízellátás6. előadás Hidraulikai modellezés EPANET-ben Hidraulikai ellenőrzés Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 003. dittrich.erno@hidroconsulting.hu

2. Mire való az EPANET? • Nyomott ivóvízvezeték hálózatok modellezése: • Hidraulikai modellezés • Vízminőségi modellezés • Vízkor meghatározás • Nyomjelző anyag terjedés modellezése • Csak a hidraulikai modellezéssel foglalkozunk

3. EPANET hidraulikai modell elemei I. • Limitálatlan méretű hálózati struktúra felépíthető a modellben • Hossz-menti veszteség számítására 3-féle módszer választható: • Hazen-Williams • Darcy-Weisbach (javasolt) • Chezy-Manning • Tartalmazza az idomok, szerelvények veszteség értékének számítását, és spec. szerelvények modellbe történő beépítését (pl. nyomáscsökkentő, visszacsapó szelep, stb..)

4. EPANET hidraulikai modell elemei II. • Alkalmas konstans vagy változó szivattyúzás modellezésére • Számítja a szivattyúzási energia igényt és energia költséget • Bármilyen alakú víztározó kialakítható a modellben • Csomópontonként időben változó vízigények definiálhatók • Modellezhető a vizsgált kifolyási pontokon a nyomásfüggő kifolyási vízhozam (pl. öntözőfej, tűzcsap). • Modellezhetőek különböző rendszerüzemeltetési stratégiák: • Szintszabályzással • Időbeni szabályozással • Komplex szabályozással

5. EPANET modell felépítésének lépései • lépés: hálózat geometria bevitele • lépés: a hálózati elemek adatainak megadása • lépés: hálózat üzemeltetési információk megadása • lépés: elemzési módszer megadása • lépés: modell futtatás • lépés: futtatási eredmények értékelése

6. Kezdeti lépések I. • Új projekt kezdése: File/New • Projekt sorszám beállítása: Project/Defaults/ID Labels/IDIncrements: érték beállítása 1-re • Projektben használt mértékegység és számítási módszer beállítása: Project/Defaults/Hydarulics/ - Flow units: CMH (m3/h, Pa, m) - Headloss formula: D-W (Darcy-Weisbach)

7. Kezdeti lépések II. – térkép és rajzolási alapbeállítások 4. Méret és mértékegység: View/Dimensions • Itt megadhatóak a térkép bal alsó és jobb felső sarkának koordinátái • Map units: meter 5. Jelölési mód beállítása: View/Options/Notation • Display node: ID • Display link: ID 6. Auto Lenght :On (a koordináták alapján automatikusan számolja a program a vezeték hosszakat) Project – Defaults – Properties – Auto Lenght

8. Hálózat topológiai modell építése I.

9. Hálózat topológiai modell építése II. Az ikonok segítségével felépíthető a hálózati topológia struktúrája: • lépés: mélytározó helyének megadása • lépés: csomópontok helyének megadása • lépés: magas tározó helyének megadása • lépés: tározók és csomópontok összekötése csővezetékekkel • lépés: szivattyú helyének megadása: szivattyú ikon bekapcsolása után arra a két csomópontra kell klikkelni amelyek között a szivattyú el fog helyezkedni • lépés: főbb elemek elnevezéseinek feliratozása • Megjegyzések: • Objektumok törlése: kijelölés + delete gomb • Kilépés az aktuális funkcióból: jobb egérgomb • Törtvonalú csővezeték is rajzolható két csomópont között

10. Hálózat topológiai modell építése III. • A megrajzolt objektumok bármelyike kijelölés után a bal egér gomb lenyomva tartásával mozgatható • Vezetékekre többlet töréspontok beszúrhatóak: a vezeték kijelölése után, poligon kijelölési ikon (2), majd jobb egérgomb: Add vertex. • Csomópontok adatainak megadása: (jobb egér gomb + properties) - X és Y koordináta bevihető - Elevation: magasság

11. Hálózat topológiai modell építése IV. • Tározók adatainak megadása • Mélytározó: • Total Head: vízszint abszolút magassága a tározóban • Magastározó: • Elevation: a magastározó fenekének abszolút magassága • Min., max. level: minimális és maximális vízszintek a magastározó fenekétől • Initial level: vízszint a magastározóban a szimuláció kezdetén • Diamater: Henger alakú víztorony feltételezése esetén a víztorony átmérője. (Megadható bármilyen alakú víztorony a térfogat változási függvény megadásával: Volume Curve) • Tipp: mivel a mélytározót a program végtelen nagy térfogattal értelmezi, ezért célszerű magas-tározót definiálni a mélytározó helyén.

12. Hálózat topológiai modell építése V. • Szivattyú adatainak megadása (Q-H görbe megadása) • Minden szivattyúhoz kapcsolandó egy Q-H görbe: Browser menüben – Curves kiválasztása. Itt meg kell adni a Q-H görbét, majd a görbe számát be kell írni a szivattyú adatainál (properties) a „Pump Curve” ablakba.

13. Hálózat topológiai modell építése VI. • Ágak adatainak megadása (ágra klikkelve jobb egérgomb és properties parancs): • Start node: ág kezdő pont • End node: vég pont • Lenght: hossz (Ha az „Auto Lenght” funkció be van kapcsolva, akkor automatikusan számolódik a hossz. De manuálisan is megadható.) • Diameter: csőátmérő (mm-ben és belső átmérőt kell megadni) • Roughness: csőérdesség

14. Ellenőrző futtatás • A hálózati adatok és geometria bevitele után érdemes egy gyors ellenőrző futtatást végezni: Project – Run Analysis paranccsal (vagy futtatás (run) ikonnal). Ha sikeres a futtatás, akkor az eddig bevitt adatokban nincs futtatást akadályozó hiba. Futtatást követő üzenetek: • „Run succesfully”: sikeres futtatás • „Run unsuccesfully” sikertelen futtatás, ilyenkor a hibák okát is kiírja a program (Status Report)

15. Eredmények áttekintése, ellenőrzése I. • Browser menü Map fül alatt kiválasztható számos opció, melyek feltüntetésre kerülnek színkódosan a helyszínrajzon (a színkód módosítható tetszés szerint): • Nodes: • Pressure (nyomás) • Demand (vízigény) • Links: • Flow (vízhozam) • Velocity (áramlási sebesség) • Unit headloss (fajlagos áramlási veszteség) • Az elemekre kétszer kattintva a „Properties” felugró ablakban megtekinthetőek az adott objektumra vonatkozó számítási eredmények • A Project – Summary és a Project – Defaults parancsokkal előhívhatóak a modell főbb adatai, beállításai

16. Eredmények áttekintése, ellenőrzése II. • Report menü – Table parancs vagy „Table” ikon segítségével előhívható a számítási eredményeket összefoglaló táblázat áganként (links) illetve csomópontonként (nodes)

17. Időben változó modell felépítése • Időparaméterek beállítása: Data Browser – Options – Times • Total Duration: futtatási időtartam (24 h) • Hydraulic Time Step: hidraulikai számítások időlépcsője (1 h) • Pattern Time Step : fogyasztási menetgörbe időlépcsője • Pattern Time Start : fogyasztási menetgörbe kezdeti időpontja • Reporting Time Step: Kiértékelés időlépcsője • Reporting Time Start: Kiértékelés kezdeti időpontja

18. Vízigények megadása • Definiálhatók fogyasztási menetgörbék (pl. ipari, csúcsfogyasztás, tűzeset, stb...), Menete: Browser – Patterns – „Add” ikon. • Az előugró ablakban minden órához be kell írni a napi fogyasztás adott órára eső százalékos értékét, mértékegység nélküli számban kifejezve. (pl: 3,2%=0,032) • Annyi menetgörbe definiálandó, amennyi az üzemállapotok vizsgálatához szükséges. • Ez után minden csomópontnál megadható (jobb egérgomb – Properties) a definiált menetgörbe száma (Demand Pattern), és a csomópont napi átlag fogyasztása (Base Demand) • Tipp: Ha pl. egy csomópontban tűzesetet akarunk szimulálni, akkor célszerű azt is a csomóponti napi fogyasztás százalékában megadni.

19. Szivattyúzási menetgörbe megadása • A szivattyúzási menetgörbét a fogyasztási menetgörbével azonos módon kell definiálni. Annyi a különbség, hogy a Multiplier értékeinek 0-t (nincs szivattyúzás) vagy 1-et (van szivattyúzás) kell megadni. • Ezt követően a szivattyú ikonján jobb egérgomb és Properties parancs, majd Pattern ablakban meg kell adni a menetgörbe sorszámát. • Tipp: A szivattyú adatainál meg kell hogy legyen adva a Q-H görbe száma (Pump Curve) is! • Tipp: minden nagyobb adatbevitel után érdemes lefuttatni a szimulációt és átgondolni a kapott eredményeket.

20. Időben változó eredmények áttekintése • Browser – Map alatt állítható az idő (Time) a megadott időperióduson belül, a megadott időlépcső szerint • A „Time” tábla alatti ikonokkal a rendszer szimulációja lefuttatható a teljes periódusra • Közben bármelyik vizsgált komponensre át lehet állítani a térkép megjelenítését. • A térképen kérhető a folyásirány feltüntetése (View – Options – Flow Arrows) • Az idő függvényében bármely csomópont illetve szakasz bármely számítási paraméterére vonatkozóan függvények készíttethetők (Report – Graph parancs, vagy „Graph” ikon) • Táblázat is készíthető bármely egységre vonatkozóan (Report - Table parancs, vagy „Table” ikon”). • A programban lehetőség van mért adatok alapján történő modell kalibrációra is (Project – Calibration Data)

21. Plusz gyakorlati tanácsok I. • Háttér térkép bevitele: • Beilleszthető kiterjesztések: bmp, emf, wmf • Javasolt wmf kiterjesztést használni • View - Backdrop • Load (háttér betöltése) • Unload (háttér leválasztása) • Align (a modell hálózat mozgatható vele a háttérkép fölé) • Show/Hide (láthatóság ki-,bekapcsolása) • Objektumok keresésére a View – Find parancs vagy a „Find” ikon ad módot. • Kiválaszthatók bizonyos feltételeknek megfelelő objektumok View – Query paranccsal. Fontos hogy előtte legyen beállítva a Browser – Map – ben a vizsgált időpont.

22. Plusz gyakorlati tanácsok II. • Report – Full paranccsal készíthető külön fájlba egy, összegző jelentés mely minden fontosabb modellezési adatot tartalmaz. A kapott fájl Jegyzettömbbel megnyitható. • Edit – Copy to paranccsal a képernyőn kijelölt elemek adat vagy wmf formátumban kimenthetőek. • Adatok importálhatóak és exportálhatóak egy inp kiterjesztésű fájl elkészítésével. Érdemes meglévő exportált anyag átalakításával dolgozni!

23. Hidraulikai ellenőrzés céljai • Hidraulikai ellenőrzés céljai lehetnek: • Szivattyú üzem optimalizálás • Szivattyú rekonstrukció • Váltás frekvencia szabályozású rendszerre • Szivattyú üzemrend optimalizálás • Tározás optimalizálása • Tározási időtartam • Szivattyú vezérlési szintek • Tározó töltővezeték fojtása • Vezérlési rendszer fejlesztése • Üzemrend optimalizálás • Nyomásviszonyok felülvizsgálata • Vízsebességek felülvizsgálata • Vízminőség javítás • Rendszer terhelésváltozásaiból eredő vártozások előrejelzése

24. Hidraulikai ellenőrzés menete • Meglévő hálózat topológia bevitele (vonalvezetés, átmérők, csőanyagok, csomópontok magasságai, tározó térfogatok, vízszintek, szivattyú üzemrend, nyomásövezetek) • Víztermelési adatok bevitele • Fogyasztási adatok bevitele • Kiegészítő mérési eredmények bevitele (valós szivattyú ki-be kapcsolási időpontok, betáplált vízhozam, nyomásviszonyok a hálózat mért pontjain, térfogatáramok a hálózat mért pontjain, stb…) • Permanens modell felépítése átlag üzemi adatokkal. • Nem permanens modell felépítése. • Nem permanens modell kalibrálása. Modell pontosságának ellenőrzése. Érzékenység vizsgálat. • Üzem szimuláció. • Elemzési célú futtatások

25. Felhasznált irodalom • Lewis A. Rossman: EPANET 2 – Users Manual. USEPA EPA/600/R-00/057. September 2000. • Dombay Gábor: Epanet 2 segédlet. Oktatási segédanyag, EJF 2003. • Öllős Géza: Vízellátás K+F eredmények. VDSZ, Budapest, 1987.

26. Köszönöm a megtisztelő figyelmet!