Quản lý hệ thống mạng lưới cấp nước để đáp ứng được các yêu cầu về lưu lượng, áp lực và chất lượng nước là một vấn đề không đơn giản. Nó đòi hỏi sự tích hợp chặt chẽ giữa hai lĩnh vực quản lý và chuyên môn. Việc ứng dụng các mô hình thủy lực đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc mô phỏng sự vận hành của mạng lưới, hỗ trợ cải tạo và thiết kế tối ưu hóa hệ thống.

WaterGEMS (của hãng Bentley – Mỹ) là phần mềm ứng dụng mô hình hóa thủy lực, mô phỏng chất lượng nước trong hệ thống phân phối nước với khả năng tương tác tiên tiến, xây dựng mô hình không gian địa lý và tích hợp các công cụ quản lý. WaterGEMS cung cấp một môi trường làm việc dễ dàng cho phép người dùng có thể phân tích, thiết kế, tối ưu hóa hệ thống cấp nước. WaterGEMS có thể vận hành trên các phần mềm sau: Micro Station, AutoCAD, chế độ độc lập Stand Alone và đặc biệt là ArcGIS. Người dùng có thể sử dụng WaterGEMS để giải quyết những vấn đề sau:

+ Phân tích tính toán thủy lực theo thời gian của hệ thống phân phối nước với các đối tượng như Bơm, Bể chứa, Đường ống, Ống nối, Cống, Kênh hở, Van…

+ Thực hiện dự báo mô phỏng thời gian kéo dài để phân tích khả năng phản ứng của hệ thống thủy lực với những nhu cầu cung và cấp nước khác nhau.

+ Phân tích lưu lượng chữa cháy trong điều kiện khắc nghiệt của hệ thống.

+ Ứng dụng chức năng quản lý Kịch Bản, so sánh các tình huống khác nhau trong hệ thống thủy lực.

+ Hiệu chỉnh mô hình bằng tay với công cụ Darwin Calibrator thông qua thuật toán di truyền.

+ Đặc biệt, chạy trên ứng dụng của các phần mềm khác như MicroStation, AutoCAD và ArcGIS cho phép ứng dụng hệ thống thông tin địa lý giải quyết các vấn đề thủy lực mạng lưới đường ống cấp thoát nước.

Dự án Mô hình hóa và Phân tích thủy lực bằng phần mềm Bentley WaterGEMS cho Công ty TNHH MTV Cấp Thoát Nước Khánh Hòa (KHAWASSCO).

WaterGEMS là phần mềm xuất sắc nhất hiện nay về mô hình thủy lực, tính toán cho mạng lưới cấp nước với các tính năng tiêu biểu như:

1. Cải tạo mạng lưới

Thuật toán Darwin Designer hỗ trợ người kỹ sư quyết định giải pháp, cải tạo mạng lưới cân đổi giữa ràng buộc yêu cầu và chi phí đầu tư.

2. Phát hiện rò rỉ

Với công cụ Darwin Calibrator, ứng dụng thuật toán di truyền sẽ giúp phát hiện vị trí rò rỉ trên đường ống, giúp giảm thời gian, nhân lực tìm kiếm trên mạng lưới.

3. Vận hành van

Tối ưu hóa cô lập vùng sự cố bằng van, phân tích ảnh hưởng áp suất, lưu lượng khi đóng van trên toàn mạng lưới, đánh giá giảm nhu cầu tiêu thụ trên mạng lưới khi đóng van. Giải pháp DMA cho mạng.

4. Quản lý súc xả đường ống

Xác định các đường ống cần súc xả theo định kỳ hoặc xảy ra sự cố. Phân tích các chỉ số yêu cầu (vận tốc, áp lực) trong quá trình súc xả.

5. Phân tích chất lượng nước

Phân tích chất lượng nước theo từng chỉ tiêu trên toàn mạng lưới thay đổi theo thời gian: Clo dư, pH, TDS, Age, Tracing, THMs…

6. Phát triển mạng lưới

Phân tích quy mô mạng lưới cần mở rộng, ảnh hưởng trên toàn mạng lưới, cân đối các ràng buộc về (áp suất, vận tốc, lưu lượng) với chi phí đầu tư.

7. Mô phỏng theo thời gian thực (Real time)

Lấy dữ liệu tự động từ SCADA server, và mô phỏng mạng lưới theo thời gian thực

8. Phân vùng áp lực và quản lý vùng áp lực

Thiết lập vùng áp lực đảm bảo áp lực trên khu vực có chênh cao lớn trên mạng lưới.

Thay đổi biên vùng áp lực, áp lực cài đặt qua van, để đạt được áp lực yêu cầu khi vùng áp lực không đạt áp suất, lưu lượng yêu cầu.

WaterGEMS được tích hợp các công cụ hữu ích trong việc xây dựng mô hình và quản lý mạng lưới cấp nước:

+ ModelBuilder: Dựng mô hình từ những hệ thống dữ liệu sẵn có (GIS, CAD, EPANET, Excel…)

+ LoadBuilder: Tính toán nhu cầu sử dụng nước tự động phân bổ và các nút trên mạng lưới.

+ Trex: Trích xuất dữ liệu cao độ từ các mô hình số độ cao như: Contour, Land XML, DEM, TIN…

+ Skeletonization: Loại bỏ sự phức tạp trong.

Lợi ích mang lại của WaterGEMS

+ Khoanh vùng rò rỉ bằng phần mềm

+ Mô phỏng chất lượng nước

+ Giúp tối ưu hóa năng lượng hoạt động của bơm

+ Tự động cân chỉnh mô hình thủy lực sát với thực trạng mạng lưới cấp nước