Modelare hidraulică la o rețea de apă

NOTIUNI GENERALE

Modulul se bazeaza pe modelarea hidraulica si de calitate definita de EPA Water Management Model (EPANET) care este un model de simulare dinamica a comportamentului hidraulic si schimbarii calitatii apei intr-un interval extins de timp în retele de conducte presurizate. O retea este alcatuita din conducte (pipe), noduri (junctions), pompe (pumps), vane (valve) si rezervoare de înmagazinare a apei. Modelul urmareste curgerea apei în fiecare conducta, presiunea în fiecare nod, înaltimea apei în fiecare rezervor, si concentratia substantelor chimice în cadrul retelei pe intervalul de timp de simulare formata din mai multe perioade de timp.

In afara de substantele chimice, poate fi simulata si vechimea (age), stagnarea apei în conducte precum si urmarirea sursei. Modelul este proiectat ca instrument de cercetare pentru îmbunatatirea întelegerii noastre privind miscarea (circuitul) si soarta componentelor apei de baut în cadrul sistemelor de distribuire. Poate fi folosit pentru multe si diferite feluri de aplicatii în analiza sistemelor de distributie.

Câteva exemple de proiectare programe, model de calibrare hidraulica, analiza reziduuri de clor, evaluarea expunerii consumatorului. Modelarea poate ajuta la evaluarea unor strategii de management alternative pentru îmbunatatirea calitatii apei intr-un sistem de distribuire.

Acestea pot include:

- modificarea utilizarii sursei de apa în cadrul sistemelor cu surse multiple,

- modificarea schemelor de pompare si umplere/golire a rezervoarelor,

- folosirea tratamentelor aditionale, cum ar fi re-clorarea rezervoarelor de acumulare,

- normarea curatarii si înlocuirii conductelor.

Rulând pe sisteme Windows, modelul furnizeaza un mediu integrat pentru editarea datelor de

intrare în retea, executând simulari hidraulice si de calitate a apei, precum si vizualizarea rezultatelor în diverse formate. Acestea includ harti de retele codate color, fisiere de date, grafice pe serii de timp, si diagrame (contur plot).

CAPABILITATI DE MODELARE

Pentru realizarea modelarii calitatii apei, este necesara o modelare hidraulica prealabila corecta. Modelul contine un motor de analiza hidraulica care include urmatoarele capabilitati:

- marimea nelimitata a retelei analizate

- simularea se poate face stationar cu valori invariabile în timp (într-un pas) sau pe o perioada extinsa de timp si controlata de reguli sau conditii logice de functionare. Conditiile se pot da prin ”Controls” iar variatia în timp a parametrilor prin ”Patterns”. Implementarea acestor cerinte se bazeaza pe capabilitatile native ale engine-ului EPANET, respectiv SWWM, incorporate în solutie.

- calculul pierderilor de presiune (headloss) folosind formulele Hazen-Williams, Darcy-Weisbach, or Chezy-Manning

- include notiunea de pierdere minora pentru conducte si alte accesorii, etc.

- modeleaza pompe de viteza constanta sau variabila

- calculeaza energia de pompare si costurile cu energia

- modeleaza tipuri diferite de vane incluzând pierderi, verificari, reglari de presiune si vane de control pentru urmarire a debitului

- permite orice forma a rezervorului de acumulare (de ex. diametrul poate varia cu înaltimea) în noduri poate lua în considerare multiple categorii de solicitari de debite, fiecare cu sablonul propriu al variatiei în timp

- modeleaza debitul de la emitator (capete de distributie) (sprinkler Heads) dependent de presiune

- poate modela operatii de sistem simple bazate pe variatia nivelului din rezervor sau pe controale temporare (timer controls), cât si complexe bazate pe controale definite prin reguli de functionare (rule base controls).

În afara de modelarea hidraulica, EPANET furnizeaza urmatoarele posibilitati de modelare a

calitatii apei:

- modeleaza miscarea în timp a unui material trasor (tracer) non reactiv în retea

- odeleaza miscarea în timp si soarta unui material reactiv asa cum creste concentratia (ex. dezinfectare cu un produs chimic ) sau se descompune (ex. reziduri clorale)

- modeleaza vechimea (vârsta) apei în reteaua

- urmareste variatia debitului în timp de la un nod dat catre celelalte noduri

- modeleaza reactiile atât în general cât si cu peretii conductei

- foloseste ecuatii de grad n pentru modelarea cinetica a reactiei în volumul de apa

- foloseste ecuatii de grad zero sau 1 pentru modelarea cinetica a reactiei cu peretii conductei

- contorizeaza limitarile transferului de material chimic la calculul reactiei cu peretii conductei

- permite reactii de crestere sau scadere pentru urma limitarile concentratiei

- foloseste coeficienti globali ai ratei de reactie care pot fi modificati pentru o conducta in functie de materialul conductei

- permite corelarea coeficientilor ratei de reactie a peretelui la asprimea suprafetei (roughness) conductei

- permite definirea concentratiilor variabile în functie de timp sau de volum în orice locatie în retea

- modeleaza rezervorul de acumulare ca fiind fie cu lichide complet amestecate, fie cu doua

compartimente (reactoare) diferite

Modelul folosindu-se de aceste caracteristici poate studia urmatoarele fenomene de variatie

a calitatii apei cum ar fi:

- amestecarea apei provenite din diferite surse

- vechimea apei la nivelul unei conducte sau a întregului sistem

- modificarea reziduurilor de clor

- cresterea gradului de dezinfectie prin diferite produse

- urmarirea evenimentelor de propagare a contaminantilor