Xác định các đặc trưng và đề xuất giải pháp chống nước va trong hệ thống cấp nước bằng phần mềm Hammer V8

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 87
BÀI BÁO KHOA HỌC 
XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỐNG NƯỚC 
VA TRONG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC BẰNG PHẦN MỀM HAMMER V8 
Trần Đăng An(1), Đoàn Thu Hà(2), Nguyễn Thị Thu Trang(2) 
Tóm tắt: Nước va là một hiện tượng thường gặp rất nhiều trong các hệ thống cấp nước, hệ thống 
máy bơm, đường ống áp lực... Nếu không xác định được các đặc tính của nước va và không có các 
biện pháp chống va hợp lý, nước va sẽ gây phá hoại các công trình cấp nước. Do vậy, việc nghiên 
cứu để xác định các đặc tính của nước va bao gồm (diễn biến, thời gian, vị trí và các trị số của 
nước va) từ đó đề xuất các biện pháp chống va là hết sức cần thiết. Nghiên cứu này trình bày kết 
quả nghiên cứu đặc tính và các giải pháp phòng chống nước va trong hệ thống cấp nước đô thị 
bằng phần mềm Hammer V8 của hãng Bently, Mỹ. 
Từ khóa: Nước va, hệ thống cấp nước, hệ thống máy bơm, đường ống áp lực. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ1 
Nước va trong đường ống áp lực làm việc 
dưới chế độ không ổn định xuất hiện nhiều 
trong thực tế, ví dụ dòng chảy trong ống dẫn 
dầu, trong ống hút ống đẩy máy bơm, trong 
đường ống cấp nước...; đặc biệt nước va xuất 
hiện trong ống áp lực của hệ thống cấp nước, 
nhà máy thủy điện có ảnh hưởng lớn đến độ 
bền, sự vận hành độ an toàn, và tính kinh tế của 
hệ thống cấp nước cũng như các nhà máy thủy 
điện. Do vậy, tính toán chính xác giá trị nước 
va, vị trí và diễn biến nước va theo thời gian là 
yêu cầu hết sức quan trọng quá trình thiết kế hệ 
thống, nhằm đưa ra các biện pháp chống va 
hiệu quả. 
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ 
của công nghệ thông tin và toán ứng dụng, việc 
xác định các đặc tính nước va (diễn biến, thời 
gian, vị trí và các trị số của nước va) được hỗ 
trợ bởi máy tính cho ta những kết quả trực quan 
và chính xác. Bài báo này sẽ đi sâu vào nghiên 
cứu ứng dụng phần mềm tính toán và phân tích 
nước va Hammer V8 của hãng Bently, Mỹ 
1 Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước và Môi trường, Đại 
học Thủy Lợi – Cơ sở 2. 
2 Bộ môn Cấp thoát nước - Đại học Thủy Lợi. 
(Hammer User Guide, 2003) vào việc mô phỏng 
các trường hợp xuất hiện nước va trong đường 
ống áp lực của mạng lưới cấp nước, từ đó đề 
xuất các giải pháp để tránh hiện tượng nước va. 
2. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN 
NƯỚC VA 
Khi vận tốc trong ống biến đổi nhanh theo 
thời gian, áp lực sẽ biến đổi và truyền dọc theo 
ống với tốc độ âm thanh trong nước. Làn sóng 
áp lực này khi truyền dọc trong nước sẽ gặp các 
công trình và thiết bị trên mạng lưới như các 
van, bể chứa... và dội lại tạo nên một trạng thái 
phức tạp về lưu lượng và áp lực trong đường 
ống gọi là hiện tượng nước va. 
2.1. Phương trình nước va 
Xét một đoạn ống như hình 1 giả thiết ống 
nằm ngang. Hướng dòng chảy theo trục x. Vấn 
đề là phải xác định được vận tốc nước v và áp 
lực P ở bất kì một vị trí nào trên tuyến ống và ở 
thời điểm bất cứ nào. Có nghĩa là phải xác định 
được 2 hệ thức: v =v(x,t); P = P(x,t). Hai hệ 
thức này phải thỏa mãn 2 phương trình cơ bản 
của thủy động lực học là: 
Phương trình cơ bản của động lực: 
x
h
g
t
v




 (1) 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 88
Hình 1. Sơ đồ diễn toán phương trình động lực 
dòng chảy trong ống có áp 
Phương trình liên tục: 
t
h
a
g
x
v




2
 (2) 
Hình 2. Sơ đồ diễn toán phương liên tục 
của dòng chảy trong ống có áp 
Kết hợp 1 và 2 ta có hệ phương trình: 
x
h
g
t
v




t
h
a
g
x
v




2
 ( I) 
Muốn giải hệ phương trình này ta khử một 
trong 2 ẩn số và lấy vi phân bậc 1 của 2 phương 
trình trong hệ (I). Kết quả giải hệ phương trình 
(I) như sau: 
)()(
)()((
a
x
tF
a
x
tfhoh
a
x
tF
a
x
tf
a
g
vov 
Trong đó: ho, vo là áp lực và vận tốc vào thời 
điểm t = 0 (trước khi đóng van). 
F và f là hàm phụ thuộc vào cách đóng van. 
Hình 3. Sơ đồ mô phỏng các thông số tính toán 
nước va 
2.2. Các trường hợp gây ra áp lực nước va 
trong đường ống áp lực 
Hiện tượng nước va xảy ra chủ yếu do bơm và 
do đóng mở các thiết bị quản lý vận hành trên 
đường ống áp lực. Trong hai nguyên nhân cơ bản 
trên thì nước va xuất hiện trên một đường ống áp 
lực có bơm do: Mất điện cấp cho động cơ, bơm 
khởi động, bơm ngừng, đóng mở van trên đường 
ống khi bơm đang hoạt động. Khi xem xét hiện 
tượng nước va chúng ta cần xem xét các yếu tố 
ảnh hưởng đến nước va bao gồm: 
o Chiều dài và đặc điểm hình học của tuyến 
ống; 
o Mối tương quan giữa đường trắc dọc 
tuyến ống so với đường thủy lực; 
o Các đặc điểm của bơm; 
Các loại thiết bị đặt trên hệ thống bơm và 
tuyến ống. 
Hình 4. Quá trình tạo hốc và tách cột nước 
theo thời gian. 
2.3. Hiện tượng tách cột nước trong quá 
trình xảy ra nước va 
Cho đến nay, người ta cho rằng ở hiện tượng 
nước va áp lực khi tụt xuống vẫn còn cao hơn 
áp lực hơi nước và cột nước được bảo toàn. 
Trên thực tế không phải luôn luôn như vậy. Ở 
các hệ thống áp lực thấp, trên đường ống áp lực 
đi qua vùng địa hình thay đổi lớn và khi quá 
trình va xảy ra quá nhanh, áp lực có thể tụt 
xuống áp lực hơi nước. Kết quả là trong khối 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 89
nước có hốc và cột nước có thể tách ra (mất liên 
tục) điều này ảnh hưởng rất lớn đến sự an toàn 
của đường ống. Hiện tượng này làm cho va 
thêm trầm trọng. Tách cột nước là sự mất liên 
tục của cột nước khi áp lực trong ống xuống 
thấp tới áp lực hơi nước. Hiện tượng tách cột 
nước xảy ra trong hai giai đoạn: Giai đoạn tạo 
hốc và giai đoạn tách cột nước 
Giai đoạn tạo hốc: Ở giai đoạn này sự tạo 
hốc và sự phát hốc là do áp lực trong đường ống 
tụt xuống áp lực hơi nước. Nước bốc hơi hoặc 
sôi tạo thành bọt khí, các bọt này kết lại thành 
hốc nước như hình 4. 
Giai đoạn tách cột nước: Tùy theo đặc điểm 
hình học của tuyến ống, hốc có thể phát triển và 
chiếm toàn bộ tiết diện ống, tách nước thành 2 
cột. Một số tài liệu khảo sát thực tế cho thấy bọt 
khí lan ra hai bên hốc khá xa. Tách cột nước 
thường xảy ra trên đỉnh của các tuyến ống ở đây 
có cút chuyển hướng dòng chảy. Trên các tuyến 
nằm ngang hốc có thể được tạo ở lưng trên của 
ống và phát triển trên một đoạn dài. Bọt khí tỏa 
ra 2 bên hốc rất xa tạo thành dòng chảy hốc. 
Tách cột nước và dòng chảy hốc là do áp suất 
thấp trong đường ống áp suất này do sóng âm 
gây ra. Sóng âm phản chiếu tại một biên hở ví 
dụ bể chứa thành sóng dương. Sóng dương trở 
về nén các bọt khí trong dòng chảy hốc, ở nơi 
có tách cột nước thì sóng dương làm giảm kích 
thước hốc và làm hốc khép lại; lúc đó hai cột 
nước gặp nhau ở vận tốc rất lớn tạo nên lực va 
chạm lớn trong đường ống. Gây phá hoại đường 
ống và các thiết bị. 
3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM HAMMER 
V8 TRONG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 
NƯỚC VA 
3.1. Giới thiệu về phần mềm Hammer 
Phần mềm Hammer V8 là sản phẩm của 
hãng Bently, Mỹ (Hammer User Guide, 2003). 
Phần mềm này cho phép tính toán các kịch bản 
cấp nước khác nhau, đồng thời mô phỏng, tính 
toán các kịch bản xuất hiện nước va trong 
đường ống áp lực. Xác định các đặc tính quan 
trọng của nước va (trị số, vị trí diễn biến theo 
thời gian của nước va) từ đó xác định các vị trí 
bất lợi trên đường ống giúp người thiết kế 
đường ống áp lực đưa ra các biện pháp hạn chế 
và triệt tiêu các ảnh hưởng của nước va đối với 
sự làm việc của hệ thống. 
3.2. Phân tích nước va trên mạng lưới cấp 
nước điển hình 
Mạng lưới cấp nước điển hình cho khu vực 
nghiên cứu có cấu tạo gồm 37 nút và 50 đoạn 
ống tính toán, có hệ thống bơm, 2 bể chứa tại vị 
trí Res1 và Res2 và thiết bị chống va như hình 5 
dưới đây. 
Để phân tích các đặc tính nước va ta cần đưa 
ra các tiêu chuẩn phân tích như sau: 
- Chọn tuyến phân tích dựa trên các điều kiện 
về đặc điểm dùng nước, trắc dọc tuyến ống cấp 
nước có các điểm cao; 
- Lựa chọn trường hợp cần tính toán nước va; 
Trên cơ sở đó, đối với mạng lưới cấp nước 
nghiên cứu ta chọn các tuyến có khả năng xảy 
ra hiện tượng nước va khi mất điện đột ngột là 
các tuyến: 
- Tuyến 1: TB1 – Bể chứa 2 ; 
- Tuyến 2: TB1 – Nút 37; 
- Tuyến 3: TB1 – Nút 34. 
Khi mất điện đột ngột hiện tượng nước va 
xảy ra trên 3 tuyến như hình 6. Trên tuyến TB1- 
Bể chứa 2 nước va gây ra áp lực âm trên toàn 
tuyến và xuất hiện hiện các hốc. Dựa vào kết 
quả phân tích trên ta thấy các đặc tính nước va 
trên tuyến TB1- Bể chứa 2 như sau: 
- Vhốc = Qvào - Qra = 0.3 m
3 
- Áp lực nước va Max Pv =192.03m, tại điểm 
cách TB1 là L = 640.08 m 
- Thời gian xảy ra va lớn nhất là 45s sau khi 
mất điện. 
Trên tuyến TB1- Nút 37 nước va gây ra áp 
lực âm từ TB1 tới van giảm áp V1 và xuất hiện 
các hốc nước như hình 7 và hình 8. Hiện tượng 
này sẽ gây ra phá hoại tuyến ống và các công 
trình trên mạng lưới cấp nước. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 90
Hình 5. Hệ thống cấp nước khu vực nghiên cứu 
Hình 6. Hiện tượng nước va trên tuyến 
TB1- Bể chứa 2 
Hình 7. Hiện tượng nước va trên tuyến 
TB1- Nút 37 
Hình 8. Hiện tượng nước va trên tuyến 
TB1- Nút 34 
3.3. Biện pháp chống va trên mạng lưới 
cấp nước 
Sau khi đã xác định được các đặc tính của 
nước va ở các tuyến dẫn bất lợi có khả năng 
xuất hiện nước va lớn nhất thệ thống cấp 
nước, tiến hành đề xuất biện pháp để chống va 
trên các tuyến này. Có nhiều biện pháp để 
chống áp lực va như sử dụng van khí (van thu 
xả khí), sử dụng bể chống va có mặt thoáng, 
bể xả một chiều, van giảm áp, van một chiều 
đóng nhanh. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 91
Tuy nhiên, các biện pháp này không thể triệt 
tiêu áp lực va âm và áp va dương hoàn toàn trên 
hệ thống cấp nước, chỉ giảm được một phần 
hoặc không thể chống được hiện tượng tách cột 
nước. Trong khi đó, sử dụng bình điều áp chứa 
khí và nước có thể giải quyết được yêu cầu triệt 
tiêu áp va âm do mất điện đột ngột và đóng mở 
van nhanh trên hệ thống cấp nước, ngoài ra có 
thể khắc phục được hiện tượng tách cột nước 
(TCN) và có biên độ chống chịu áp lực va lớn 
và khả năng làm việc có độ tin cậy cao. Do vậy, 
trong nghiên cứu này sẽ sử dụng bình điều áp 
chứa nước và khí đặt tại trạm bơm J1 và tại 
điểm cao ở nút J19 là điểm có hiện tượng tách 
cột nước (xem hình 5). 
Sau khi lắp đặt thiết bị chống va tại nút J1và 
J19 kết quả kiểm tra nước va trên các tuyến đã 
lắp đặt thiết bị chống va như hình 9, 10 và hình 
11 dưới đây. 
Kết quả cho thấy rằng, theo tuyến TB 1- Bể 
chứa 2 áp lực va lớn nhất giảm mạnh từ 154.7 
mH20 tại vị trí xảy ra áp va về tới trạm bơm trị 
số áp va tương ứng với giá trị Max, Min chỉ còn 
dưới 100 mH20 và 53.5 mH20. Tương tự như 
vậy, trên các tuyến ống từ TB1 về tới nút 37 và 
TB1 về nút 34 không còn hiện tượng tăng áp đột 
ngột, áp lực tại các vị trí này dao động khoảng 
25 – 35 mH20 và các hốc nước bị triệt tiêu do 
vậy đảm bảo yêu cầu an toàn áp lực trên hệ 
thống không gây phá hoại công trình. 
Hình 9. Kết quả phân tích nước va theo tuyến 
TB 1- Bể chứa 2 
Hình 10. Kết quả phân tích nước va trên tuyến 
TB1- Nút 37 
Hình 11. Kết quả phân tích nước va trên tuyến 
TB1- Nút 34 
Nhận xét: Khi sử dụng các biện pháp chống 
va trong đó có biện pháp lắp đặt bình điều áp 
trên các tuyến dẫn nước trong mạng lưới cấp 
nước áp lực trong các tuyến này được kiểm soát 
không vượt qua các giá trị áp lực giới hạn gây 
nguy hiểm cho đường ống trong mạng lưới. 
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Qua phân tích các kết quả tính toán ở trên, 
chúng ta thấy: sử dụng phần mềm Water 
Hammer V8 có thể xác định được diễn biến theo 
thời gian của các thông số đặc trưng của nước 
va bao gồm vị trí các tuyến có khả năng xuất 
hiện nước va nguy hiểm nhất trong mạng lưới, 
thời gian xảy ra va, diễn biến áp lực, lưu 
lượng... từ đó đề xuất các phương án chống va 
hợp lý. Trong thiết kế hệ thống cấp nước, hệ 
thống đường ống áp lực dẫn nước trong các nhà 
máy thủy điện và các hệ thống có tính chất 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 92
tương tự ngoài việc sử dụng các phương pháp 
giải tích và đồ thị để mô tả hiện tượng nước va 
ta có thể sử dụng phần mềm Hammer V8 để 
phân tích, kiểm tra các kết quả tính toán một 
cách chính xác đảm bảo sự hoạt động an toàn 
cho hệ thống dẫn áp lực. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Trịnh Xuân Lai (2009), Mạng lưới cấp nước và tính toán nước va, NXB Xây dựng. 
Hammer User Guide (2003), Haestad Methods, Inc;. 
Abstract: 
CHARACTERRIZATION OF WATER HAMMER IN WATER SUPPLY SYSTEMS 
The water hammer is a common phenomenon in many water supply systems, pumping systems, pipe 
pressure... If it is not identified, and the characteristics of the water and there are no reasonable 
measures and water hammer will cause works damaged. Therefore the study to determine the 
characteristics of water hammer includes (events, time, location and values of water hammer) from 
that proposed measures to combat and is indispensable. 
Keywords: Water Hammer, Water supply system, Pumping system, pipe pressure. 
BBT nhận bài: 11/3/2016 
Phản biện xong: 08/6/2016