Nghiên cứu xác nhận nguyên nhân và đề xuất các giải pháp giảm thiểu thất thoát nước sạch cho hệ thống cấp nước đô thị thành phố hồ chí minh

Tính mới của luận án thể hiện ở các điểm: i Xác định được ảnh hưởng thất thu từ các nhóm đối tượng nghiên cứu trong điều kiện Tp.HCM; ii Lần đầu tiên xác định được phương pháp xác định t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

VÕ ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU XÁC NHẬN NGUYÊN NHÂN

VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU THẤT THOÁT NƯỚC SẠCH CHO HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP HCM, NĂM 2015

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

-o0o -

VÕ ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU XÁC NHẬN NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT

CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU THẤT THOÁT

NƯỚC SẠCH CHO HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và nước thải

Mã số: 62.85.06.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS TS NGUYỄN VĂN TÍN

2 TS NGÔ HOÀNG VĂN

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

-o0o -

Võ Anh Tuấn

NGHIÊN CỨU XÁC NHẬN NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT

CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU THẤT THOÁT

NƯỚC SẠCH CHO HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và nước thải

Mã số: 62.85.06.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên : Võ Anh Tuấn

Đơn vị công tác : Đại học Kiến Trúc Thành phố Hồ Chí Minh

Địa chỉ : 196 Pasteur, Phường 6, Quận 3, Thành phố Hồ Chí Minh

Tác giả đề tài “Nghiên cứu xác nhận nguyên nhân và đề xuất các giải pháp giảm thiểu thất thoát nước sạch cho hệ thống cấp nước đô thị Thành phố Hồ Chí Minh”

Thuộc chuyên ngành : Công nghệ môi trường nước và nước thải

Mã số : 62.85.06.01

Xin cam kết : Đề tài này hoàn toàn mới, chưa ai nghiên cứu và công bố trước công chúng những nội dung cũng như các kết quả trùng với nội dung nghiên cứu của tác giả thuộc đề tài này Các kết quả nghiên cứu trong đề tài đã được áp dụng thực tế mang lại hiệu quả thiết thực, giúp giảm thiểu thất thoát nước sạch

Nghiên cứu sinh

Võ Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai Thầy hướng dẫn khoa học: Thầy

TS Ngô Hoàng Văn và Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Tín, cùng với các Thầy cô ở Viện Môi Trường Tài Nguyên – Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Công Nghệ Nước và Môi Trường, Khoa Môi Trường - Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ, theo sát trong nhiều năm để tôi

có thể thực hiện đề tài này

Tôi cũng xin cám ơn các cán bộ của Tổng Công Ty Cấp Nước Sài Gòn, Công

ty Cấp thoát nước Bình Dương đã hỗ trợ cung cấp điều kiện phục vụ nghiên cứu thiết lập mô hình thực nghiệm nghiên cứu, cung cấp số liệu

Và tôi cũng xin cám ơn các Thầy, Cô Trường Đại Học Kiến Trúc Tp Hồ Chí Minh, Đại Học Xây Dựng Hà Nội, Viện Đo Lường Việt Nam và Gia đình, bạn bè đã

hỗ trợ, đóng góp ý kiến, động viên tôi rất nhiều trong việc hoàn thành luận án này

Trân trọng!

Nghiên cứu sinh

Võ Anh Tuấn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VIII DANH MỤC BẢNG IX DANH MỤC HÌNH XI TÓM TẮT XIV ABTRACT XVI

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của luận án 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Tính mới, tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 8

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG 8

1.2 Ý nghĩa của việc giảm thất thoát nước sạch 9

1.3 Tổng quan thực trạng và các nghiên cứu về thất thoát nước SẠCH ở ngoài nước10 1.3.1 Thực trạng thất thoát nước sạch trên thế giới 10

1.3.1.1 Thực trạng thất thoát nước 10

1.3.1.2 Một số giải pháp chống thất thoát, thất thu nước sạch trên thế giới 15

1.3.2 Tổng quan các nghiên cứu, dự án quốc tế đã triển khai về giảm thất thoát nước sạch 15 1.3.2.1 Cape Town (South Africa) [39] 15

1.3.2.2 Dự án Manila water (Philippines) [35] 19

1.3.2.3 Phnom Penh (Cambodia) [22] 21

1.4 Tình hình thất thoát nước SẠCH tại Việt Nam 23

1.4.1 Tình hình chung 23

1.4.2 Một số giải pháp được sử dụng để giảm tỷ lệ thất thoát, thất thu nước sạch của một số công ty cấp nước tại Việt Nam hiện nay 24

1.5 Thất thoát nước tại Thành phố Hồ Chí Minh 26

1.5.1 Tổng quan về Hệ thống cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh 26

1.5.2 Hiện trạng thất thoát nước tại Tp.HCM 29

1.5.3 Các nguyên nhân gây thất thoát nước sạch tại Tp.HCM 31

1.5.3.1 Thất thoát cơ học 31

1.5.3.2 Thất thu 32

1.5.3.3 Các yếu tố khác 32

1.5.4 Các dự án nghiên cứu thất thoát nước tại Thành phố Hồ Chí Minh 33

1.5.4.1 Dự án FASEP No 649 – Việt Nam [16] 34

1.5.4.2 Dự án Nghiên cứu quản lý thất thoát nước cho công ty Cấp Nước Gia Định NRW Management in the Gia Đinh 36

1.5.4.3 Dự án giảm thất thoát nước Tp.HCM – do World Bank tài trợ 37

1.5.4.4 Dự án vùng thí điểm giảm nước không doanh thu USP Hà Lan 38

1.5.4.5 Nhận xét - Đánh giá chung 39

1.6 Dự báo diễn biến thất thoát nước tại Thành phố Hồ Chí Minh và giải pháp giảm thất thoát nước 40

1.6.1 Dự báo diễn biến thất thoát nước tại Thành phố Hồ Chí Minh 40

1.6.2 Các phương pháp giảm thất thoát nước hiện nay 42

1.6.2.1 Phương pháp Cụm cấp nước có kiểm soát (District Metering Area - DMA) [40] 42

1.6.2.2 Phương pháp tổng hợp (Methodologie Generale) 43

1.6.2.3 Phương pháp CareTaker 44

1.6.2.4 Phương pháp điều tiết áp lực cố định (bị động) 44

1.6.2.5 Phương pháp điều tiết áp lực chủ động phương pháp đề nghị nghiên cứu) 45

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 47

2.1 Khái niệm 47

2.1.1 Thất thoát cơ học và thất thu 47

2.1.2 Mối tương quan giữa áp lực và lưu lượng nước rò rỉ 48

2.2 Cơ sở lý thuyết về thất thoát cơ học 51

2.2.1 Áp lực cần thiết trong mạng lưới cấp nước 51

2.2.2 Mối tương quan giữa nhu cầu dùng nước, áp lực và thất thoát cơ học 54

2.3 Cơ sở lý thuyết về thất thu 57

2.3.1 Lý thuyết về thiết bị đo 57

2.3.2 Chính sách quản lý về thiết bị đo 61

2.4 Một số công thức tính chỉ số thất thoát nước 63

2.4.1 Theo tỷ lệ % 63

2.4.2 Chỉ số thất thoát theo số nhánh đấu nối 63

2.4.3 Chỉ số thất thoát theo chiều dài đường ống 63

2.4.4 Chỉ số rò rỉ hạ tầng 64

2.4.5 Công thức tính lượng nước dùng tối thiểu – tối đa trong ngày [16] 64

2.5 Kỹ thuật giảm thất thoát nước 64

2.5.1 Kỹ thuật giảm thất thoát cơ học 64

2.5.2 Kỹ thuật giảm thất thu 66

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP – MÔ HÌNH VÀ NỘI DUNG THỰC HIỆN 68

3.1 Nghiên cứu thất thoát cơ học 68

3.1.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp nghiên cứu 68

3.1.1.1 Cơ sở lựa chọn 68

3.1.1.2 Phương pháp và thực nghiệm 68

3.1.2 Thu thập và phân tích số liệu các công ty cấp nước tại Tp.HCM 70

3.1.2.2 Số liệu điều tra khảo sát về thất thoát nước 71

3.1.2.3 Số liệu điều tra khảo sát về mức độ ưu tiên áp dụng biện pháp chống thất thoát nước 73

3.1.3 Thực nghiệm dò tìm rò rỉ - khảo sát công trình ngầm 74

3.1.3.1 Thiết bị nghiên cứu 74

3.1.3.2 Phương pháp thực hiện 76

3.2 Nghiên cứu thất thu 77

3.2.1 Đối tượng tiêu thụ nước tại Tp.HCM 77

3.2.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu 77

3.2.2.1 Khu vực nghiên cứu 77

3.2.2.2 Đối tượng nghiên cứu 78

3.2.3 Cơ sở lựa chọn nghiên cứu 78

3.2.3.1 Cơ sở lựa chọn 78

3.2.3.2 Mục tiêu nghiên cứu 79

3.2.3.3 Phương pháp và thực nghiệm 79

3.2.3.4 Thiết bị nghiên cứu 81

3.2.4 Mô hình tiêu thụ sinh hoạt 83

3.2.5 Mô hình tiêu thụ hành chính – văn phòng 84

3.2.6 Mô hình tiêu thụ thương mại – dịch vụ 85

3.3 Nghiên cứu điều tiết áp lực chủ động 85

3.3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp nghiên cứu 85

3.3.1.1 Số liệu từ Xí nghiệp truyền dẫn 85

3.3.1.2 Các phương pháp điều tiết áp lực thông thường 89

3.3.1.3 Phương pháp điều tiết áp lực chủ động 91

3.3.1.4 Thiết bị nghiên cứu 92

3.3.2 Vùng thực nghiệm điều áp – Cấp nước Nhà Bè 97

3.3.2.1 Cơ sở lựa chọn vùng thực nghiệm 97

3.3.2.2 Tổng quan về vùng thực nghiệm 98

3.3.2.3 Tiến trình thực hiện 99

3.3.3 Vùng thực nghiệm điều áp – Cấp nước Thủ Đức – Bình Dương 106

3.3.3.1 Cơ sở lựa chọn vùng thực nghiệm 106

3.3.3.2 Tổng quan về vùng thực nghiệm 106

3.3.3.3 Tiến trình thực hiện 108

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 114

4.1 Kết quả nghiên cứu thất thoát cơ học 114

4.1.1 Kết quả khảo sát chung 114

4.1.2 Thực nghiệm dò tìm rò rỉ - khảo sát công trình ngầm 116

4.1.2.1 Kết quả thực nghiệm dò tìm rò rỉ - khảo sát công trình ngầm 116

4.1.2.2 Xây dựng hàm hồi quy mối liên hệ giữa lượng nước rò rỉ và hiện trạng cấu tạo mạng lưới 119

4.2 Kết quả nghiên cứu thất thu 122

4.2.1 Kết quả khảo sát chung 122

4.2.1.1 Các trường hợp thất thu 122

4.2.1.2 Nguyên nhân thất thu 123

4.2.2 Đối tượng sử dụng nước sinh hoạt 124

4.2.3 Đối tượng sử dụng nước cho hành chính – văn phòng HCVP 126

4.2.4 Đối tượng sử dụng nước cho thương mại – dịch vụ 130

4.3 Kết quả nghiên cứu điều tiết áp lực 132

4.3.1 Vùng thực nghiệm Cấp nước Nhà Bè –Trần Xuân Soạn (DMA 1041) 132

4.3.2 Vùng thực nghiệm Cấp nước Bình Dương DMA 19A 132

4.3.3 So sánh hiệu quả về mặt chí phí 133

4.3.4 Cách xác định định lượng thất thoát cơ học và thất thu 134

4.4 Phân tích và biện luận 138

4.4.1 Thất thoát cơ học 138

4.4.2 Thất thu 139

4.4.3 Điều tiết áp lực chủ động theo lưu lượng tiêu thụ và áp lực điểm bất lợi 141

4.4.4 Khả năng ứng dụng của phương pháp điều tiết áp lực chủ động 141

4.5 Đề xuất các giải pháp 142

4.5.1 Giải pháp giảm thiểu thất thoát cơ học 142

4.5.1.1 Giải pháp điều tiết áp lực cho DMA 142

4.5.1.2 Quy trình dò tìm rò rỉ 143

4.5.2 Giải pháp giảm thiểu thất thu 143

4.5.2.1 Tiêu thụ sinh hoạt 143

4.5.2.2 Tiêu thụ hành chính – văn phòng 143

4.5.2.3 Tiêu thụ thương mại – dịch vụ - sản xuất 143

4.5.2.4 Chính sách và cơ cấu giá nước 144

4.5.3 Xác định tỷ lệ thất thoát cơ học và thất thu 144

4.5.3.1 Mục tiêu 144

4.5.3.2 Xây dựng đường biểu diễn 145

4.5.3.3 Ứng dụng trong định lượng 145

4.5.3.4 Khả năng áp dụng 145

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 146

6 KẾT LUẬN 146

7 KIẾN NGHỊ 147

TÀI LIỆU THAM KHẢO 150

PHỤ LỤC 1 155

PHỤ LỤC 2 162

PHỤ LỤC 3 166

PHỤ LỤC 4 170

PHỤ LỤC 5 174

PHỤ LỤC 6 177

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

APV Adjust Pilot Valve – bộ cài đặt áp lực

CIS Commonwealth of Independent States - Cộng đồng các quốc

gia độc lập Controller Bộ điều khiển

DMA District Metered Area – Cụm cấp nước được kiểm soát

DMZ District Metered Zone – Vùng cấp nước được kiểm soát ĐHN Đồng hồ nước

FASEP Dự án FASEP No.649

HTCN Hệ thống cấp nước

IWA International Water Association: Hiệp hội Nước Quốc tế

m3/ngđ Mét khối / ngày đêm

MLCN Mạng lưới cấp nước

NCS Nghiên cứu sinh

NMN Nhà máy nước

NKDT Nước không doanh thu

OIML Organisation International de Métrologie Légale – Tổ

chức Đo lường Quốc tế PRV Pressure Reducing Valve – Van giảm áp

QLDA Quản lý dự án

SAWACO Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn

TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

TNHH MTV Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

Áp lực nước các khu vực do NMN Thủ Đức phục vụ, ngày 01/11/2013 Bảng 3.10.

Lịch trình thực hiện điều tiết áp lực 102

Bảng 3.14 Số liệu thống kê mạng lưới DMA 19A 109

Bảng 3.15 Lịch trình điều tiết áp lực DMA 19A 110

Bảng 3.16 Số liệu thống kê số lượng điểm bể năm 2011, 2012 và 6 tháng đầu năm Bảng 4.1 2013 115

Danh sách các điểm phát hiện rò rỉ khu vực Bến Thành 116

Bảng 4.2 Thống kê số điểm bể trên 3 DMA tại khu vực cấp nước Bến Thành 118

Bảng 4.3 Các vị trí bể trên mạng phân phối phát hiện hiện được 118

Bảng 4.4 Sản lượng tiêu thụ nước trung bình trước và sau khi thay đồng hồ 125

Bảng 4.5 So sánh lưu lượng Aquila và Woltman của đối tượng HCVP4 128

Bảng 4.6 Sản lượng tiêu thụ tại đối tượng HCVP5 129

Bảng 4.7 Sản lượng tiêu thụ tại đối tượng HCVP6 129

Bảng 4.8 Tổng hợp sản lượng tiêu thụ tại các đối tượng HCVP 130

Bảng 4.9 Tổng hợp sản lượng tiêu thụ tại các đối tượng TMDV 130

Bảng 4.10 So sánh sản lượng qua đồng hồ tổng DMA 1041 132

Bảng 4.11 Bảng thống kê chi phí để lắp đặt hệ thống điều tiết áp lực chủ động 133

Bảng 4.12 Bảng tỷ lệ dùng nước theo mục đích sử dụng ở vùng cấp nước Bến Bảng 4.13 Thành () 139

Bảng tỷ lệ dùng nước theo mục đích sử dụng ở các vùng cấp nước nội Bảng 4.14 thành Tp HCM () 140

Bảng PL1-1 Hệ thống các trạm bơm tăng áp Tp HCM 160

Bảng PL2-1 Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt 163

Bảng PL2-2 Bảng tra hệ số β 164

Bảng PL3-1 Kết quả khảo sát các nguyên nhân gây bể tại các địa bàn cấp nước 167 Bảng PL3-2 Kết quả khảo sát các vị trí bể trên mạng phân phối tại các địa bàn cấp nước 169

Biểu đồ tỷ lệ thất thoát nước của SAWACO, từ 12/2007 đến 03/2011[1]30Hình 1.8.

Mối tương quan giữa tỷ lệ thất thoát nước của Tp.HCM và lượng nước Hình 1.9

phát thêm của NMN BOO Thủ Đức [1] 30

Mô hình mạng cấp nước được cô lập có kiểm soát đo đếm (DMA trong Hình 1.10

mạng lưới cấp nước 43

Mối liên hệ giữa hệ số α và lượng nước rò rỉ 49Hình 2.1

Sự liên hệ áp lực trong hệ thống cấp nước 51Hình 2.2

Vào giờ dùng nước nhiều nhất, áp lực đầu và cuối mạng lưới có sự chênh Hình 2.3

ngang (trái) và tuabin trục cánh nằm thẳng đứng (phải) [44] 61

Cấu trúc mạng lưới phân phối nước 70Hình 3.1

- Khảo sát nguyên nhân và vị trí bể 70

Tương quan âm Log 300 và tiền định vị Ortomat MT 75Hình 3.2

Khuếch đại âm Log1A, Aquascope 3 75Hình 3.3

Bút rò rỉ Leakpen 76Hình 3.4

Máy dò công trình ngầm USRADAR 76Hình 3.5

Điểm rò rỉ được thông báo trên màn hình máy tính 76Hình 3.6

Đồng hồ thể tích cấp C Delta 82Hình 3.7

Đồng hồ điện từ ISOMAG 82Hình 3.8

Đồng hồ Turbine cấp C 83Hình 3.9

Thực nghiệm thất thu đồng hồ cỡ lớn tại đối tượng HCVP4 84Hình 3.10.

Biểu đồ áp lực nước tại nhà máy nước Thủ Đức, ngày 1//11/2013 [17] 86Hình 3.11

Biểu đồ áp lực nước tại nhà máy nước BOO Thủ Đức, ngày 1/11/2013 Hình 3.12

Thiết bị điều khiển van giảm áp 94Hình 3.17

Hố van PRV điển hình 95Hình 3.18

Biểu đồ áp lực DMA khi điều tiết áp lực chủ động [44] 95Hình 3.19

Biểu đồ tương quan giữa lưu lượng và tổn thất áp lực qua mạng 96Hình 3.20

Vị trí vùng thực nghiệm Cấp nước Nhà Bè – Trần Xuân Soạn 98Hình 3.21

Tỷ lệ thất thoát nước tại DMA 1041 99Hình 3.22

Biểu đồ theo dõi áp lực, lưu lượng 1 tuần (từ ngày 20/09 đến Hình 3.23

26/09/2013 trước khi thực hiện điều tiết áp lực 101

Biểu đồ áp lực DMA (từ ngày 29/09 đến 04/10/2013) trong quá trình Hình 3.24

Biểu đồ sản lượng tiêu thụ nước đồng hồ cấp B và C 125Hình 4.7

Biểu đồ tiêu thụ nước của đối tượng HCVP1 126Hình 4.8

Biểu đồ tiêu thụ nước của đối tượng HCVP2 127Hình 4.9

Biểu đồ tiêu thụ nước của đối tượng HCVP3 127Hình 4.10

Biểu đồ tiêu thụ nước trong vòng 24h của đối tượng HCVP3 128Hình 4.11

Biểu đồ tiêu thụ nước của đối tượng TMDV1 130Hình 4.12

Biểu đồ tiêu thụ nước của đối tượng TMDV2 131Hình 4.13

Biểu đồ tiêu thụ nước của đối tượng TMDV3 131Hình 4.14

Biểu đồ tương quan giữa lưu lượng rò rỉ và áp lực điểm bất lợi 136

Hình 4.15 Hình PL1-1 Sơ đồ tổ chức của Tổng Công Ty Cấp nước Sài Gòn 156

Hình PL1-2 Hệ thống nhà máy nước Thành phố Hồ Chí Minh 157

Hình PL1-3 Tuổi thọ đường ống của mạng lưới cấp nước Tp.HCM [20] 159

Hình PL1-4 Vật liệu ống của mạng lưới cấp nước Tp.HCM [20] 160

Hình PL1-5 Hệ thống mạng lưới cấp nước và nhà máy nước của Tp.HCM [17] 161

TÓM TẮT

Nước là tài nguyên thiên nhiên quý giá và có giới hạn Đặc biệt nước sạch sau xử lý có vài trò rất quan trọng trong việc phát triển con người, chất lượng cuộc sống và phát triển đô thị Việc giảm thiểu thất thoát nước sạch cho Thành phố Hồ Chí Minh Tp.HCM không những đem lại các ý nghĩa nêu trên mà còn giúp bảo vệ môi trường, phát triển đô thị bền vững, tiết kiệm năng lượng và giúp cho các đơn vị cấp nước cung cấp nước sạch ổn định và hiệu quả cao Hiện nay Tp.HCM là đô thị lớn nhất Việt Nam với dân số xấp xỉ 8 triệu người thường trú , công suất cấp nước còn thiếu và việc phát triển nhà máy xử lý nước còn hạn chế, tỷ lệ thất thoát nước còn khá cao; việc làm chủ công nghệ, kỹ thuật chống thất thoát nước vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của thành phố

Kết quả nghiên cứu của đề tài nhằm giúp công ty cấp nước xác nhận rõ các yếu tố gây thất thoát nước sạch và xác định thất thoát đơn vị gồm thất thoát và thất thu , từ đó nghiên cứu các giải pháp để giảm thiểu thất thoát nước sạch một cách nhanh chóng và hiệu quả

Tính mới của luận án thể hiện ở các điểm: i Xác định được ảnh hưởng thất thu từ các nhóm đối tượng nghiên cứu trong điều kiện Tp.HCM; ii Lần đầu tiên xác định được phương pháp xác định thành phần thất thoát và thất thu trong cụm cô lập cấp nước DMA nhằm giảm thất thoát và thất thu; iii Xác định được các vị trí

có nguy cơ rò rỉ cao trên mạng lưới phân phối, từ đó đề xuất qui trình dò tìm rò rỉ, chống thất thoát nước hợp lý; iv Đánh giá được hiệu quả của việc điều áp chủ động theo thực tế tiêu thụ nước sạch trong cụm cấp nước cô lập trong điều kiện đặc trưng áp lực của Tp.HCM

Luận án thực hiện 4 nội dung nghiên cứu sau: i Nghiên cứu giảm thiểu thất thu nước sạch trên các nhóm đối tượng tiêu thụ nước sạch cho các mục đích sử

dụng sinh hoạt, hành chính - văn phòng và thương mại - dịch vụ; ii Nghiên cứu

nguyên nhân và tìm kiếm vị trí rò rỉ có tần suất cao trên mạng lưới phân phối nước

sạch; iii Nghiên cứu xây dựng mô hình điều tiết áp lực chủ động nhằm giảm thiểu

thất thoát nước sạch trong điều kiện đặc trưng áp lực Tp.HCM; iv Nghiên cứu xác

định phương pháp xác định tỷ lệ thất thoát và thất thu trong tổng lượng nước thất

thoát, là cơ sở quan trọng để quyết định giảm thiểu thất thoát, thất thu

ABTRACT

Water is a precious natural and limited resource Particularly, clean waterplays a really important roles for human development, quality of human life and urban development

Reducing water loss for Ho Chi Minh City HCMC not only give the great meaning mentioned above, but also help environment protection, sustainable urban development, energy savings and help water suppliers provide water stability and high efficiency Nowadays, HCMC is Vietnam's largest city with a population of approximately 8 million people, lack of adequate water supply and the development

of water treatment plants is still limited, water loss rate is relatively high The technological mastery, engineering NRW has not met the requirements of the city

The results of the research topics to help Water supply companies determining what factors causing water loss, component of water loss including physical loss and commercial loss and researching solutions to minimize water loss quickly and efficiently

New points of thesis including: i Determine impact of commercial loss from research groups in HCMC conditions; ii Find out a method to determine physical loss and commercial loss in District Metered Area DMA to reduce physical loss and commercial loss; iii Determine high risk of leakage positions on distribution network and a proposed reasonable leak detection procedures; iv Evaluating effectiveness of proactive regulator according to actual water consumption in isolated clusters of water supply in HCM pressure conditions characteristics

Four thesis done research content follows: i Study minimize water losses in the groups consuming water for domestic, administrative-office and commercial-

service purposes,; ii Researching causes and seek positions of high frequency leakage on water distribution networks; iii Building an active pressure regulator to reduce water loss in pressure conditions characteristic of HCMC; iv Determine proportion of physical loss and commercial loss in the total amount of water loss, is

an important basis to reduce water loss

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế - văn hóa - xã hội lớn nhất Việt Nam với dân số là 7,955 triệu người thường trú 01/04/2014 [2], dự kiến đến năm

2025 dân số sẽ là 10 triệu người thường trú và 2,5 triệu người vãng lai cho toàn bộ 24 quận, huyện của Tp.HCM

Lượng nước sạch cung cấp hiện nay là khoảng 1,7 triệu m3/ngày.đêm m3/ngđ với tỷ lệ cấp nước 85,30% Dự báo năm 2015 là 2,75 triệu m3/ngđ với tỷ lệ cấp nước đạt 99% và đến năm 2025 là 3,57 triệu m3/ngđ với tỷ lệ cấp nước đạt 100%

Hiện nay hệ thống cấp nước Tp.HCM có tỷ lệ thất thoát nước sạch rất cao Tỷ

lệ thất thoát nước Tp.HCM năm 2011 là 38,42%; năm 2012 là 36,54%; năm 2013 là 34%; năm 2014 là 33.5% [17] Nghĩa là với công suất cấp nước khoảng 1,7 triệu

Mạng lưới cấp nước MLCN đã xuống cấp từ nhiều năm nay dẫn đến lượng nước thất thoát cao, nhưng việc cải tạo thay thế toàn bộ mạng lưới cấp nước mới cho Tp.HCM để loại bỏ triệt để tình trạng thất thoát là không thể do điều kiện tài chính và điều kiện quỹ đất Do vậy việc xây dựng các nhà máy xử lý nước mới sẽ không đạt hiệu quả nếu không có giải pháp khống chế giảm thiểu thất thoát nước sạch Việc khai thác nguồn nước thô nhằm đáp ứng cho nhu cầu vận hành của các nhà máy nước mặt

hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai, kênh Đông – Dầu Tiếng và nước dưới đất của

Tp HCM đang gặp nhiều khó khăn do tình trạng ô nhiễm, biến đổi khí hậu, nhiễm mặn do nước biển dâng Đã xuất hiện tình trạng khan hiếm nguồn nước thô trong bối cảnh việc sử dụng nguồn nước thô phải trả phí khai thác

Để đáp ứng tiêu chuẩn và dự báo nhu cầu cấp nước theo định hướng của chính phủ Quyết định 729/QD-TTg của Thủ tướng chính phủ ngày 19/06/2012 về việc quy hoạch cấp nước Tp.HCM đến năm 2025 , cần thiết phải có các nghiên cứu cụ thể về thực trạng thất thoát nước và giải pháp khắc phục

Hiện nay thất thoát nước, đặc biệt là tại các Thành phố lớn như Hà Nội, Tp HCM được các cơ quan quản lý cấp nước rất quan tâm, nhưng do nhiều yếu tố dẫn đến khó khăn như: thiếu số liệu về mạng lưới hạ tầng, quy hoạch chưa đồng bộ, thiếu vốn đầu tư, trình độ cán bộ kỹ thuật còn hạn chế chưa có kinh nghiêm, nên còn nhiều khó khăn

Qua khảo sát, tìm hiểu cũng như nghiên cứu ở khu vực Tp.HCM, nhận thấy vấn đề TTN trong hệ thống cấp nước Tp.HCM là quan trọng và vô cùng cấp thiết Cần

có một nghiên cứu để xác định nguyên nhân, định hướng - đề xuất giải pháp xử lý nhằm giảm thiểu tối đa lượng nước sạch thất thoát trên mạng lưới phân phối nước sạch Hướng đến mục tiêu khai thác hiệu quả và bền vững hệ thống cấp nước Tp HCM, đáp ứng được mục tiêu cấp nước an toàn cho Tp HCM

2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN

2.1 Mục tiêu tổng quát

Xác nhận được cơ sở khoa học và thực tế về nguyên nhân gây thất thoát nước sạch của mạng lưới cấp nước Tp.HCM và đề xuất các giải pháp giảm thiểu thất thoát nước trong điều kiện thực tế của Tp.HCM

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Xác nhận được nguyên nhân gây thất thoát nước cơ học trên mạng lưới cấp nước Thành phố;

- Xác định được các nguyên nhân gây thất thu nước sạch;

- Đề xuất các giải pháp khả thi giảm thiểu thất thoát nước cơ học và thất thu trên mạng lưới cấp nước Tp.HCM

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Thất thoát nước cơ học và thất thu nước;

- Nghiên cứu trên 02 cụm cô lập cấp nước DMA điển hình, thực hiện tại vùng cấp nước Nhà Bè – tiêu biểu cho khu vực có áp lực mạng lưới phân phối dưới 2 bar với đối tượng tiêu thụ gồm sinh hoạt, hành chính - văn phòng; và tại khu vực cấp nước Thủ Đức - Bình Dương tiêu biểu cho khu vực có áp lực mạng lưới phân phối từ 2÷3 bar với đối tượng tiêu thụ gồm sinh hoạt, hành chính-văn phòng, thương mại-dịch

vụ

3.3 Nội dung nghiên cứu của luận án

- Nghiên cứu về thực trạng mạng lưới cấp nước và công tác quản lý tại Tp.HCM phục vụ cấp nước sinh hoạt và các nhu cầu sử dụng khác sản xuất, dịch vụ, công nghiệp, ;

- Đánh giá thực trạng thất thoát nước của mạng lưới cấp nước: thất thoát cơ học

và thất thu;

- Nghiên cứu xác định các nguyên nhân gây thất thoát nước;

- Nghiên cứu áp dụng điều tiết áp lực chủ động giảm thất thoát nước do rò rỉ Trường hợp cụ thể: tại 2 DMA điển hình: Nhà Bè và Thủ Đức - Bình Dương ;

- Nghiên cứu phương pháp xác định tỉ lệ đơn vị của thất thoát cơ học và thất thu trong tổng lượng nước thất thoát

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để thực hiện được nội dung nghiên cứu đề tài của luận án, các phương pháp đã được sử dụng gồm: Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận nghiên cứu

- Thực hiện việc mô tả vấn đề, xác định các yếu tố cần quan tâm

- Đưa ra các giả thiết, thiết lập các mối quan hệ giữa các yếu tố biến

- Xây dựng luận chứng và kiểm nghiệm lại dựa trên các dữ liệu thu thập được cũng như từ các số liệu thực nghiệm

- Xử lý thông tin, phân tích và tổng hợp kết quả, kết luận, khuyến nghị

- Việc tiếp cận chủ yếu dựa trên cách tiếp cận định tính thu thập dữ liệu từ những người tham gia, xác nhận tính chính xác của các phát hiện, lý giải dữ liệu và cách tiếp cận định lượng kiểm định các lý thuyết hay các cách giải thích, quan sát và

đo lường thông tin, triển khai các quy trình thống kê

4.2 Các phương pháp nghiên cứu

1 Phương pháp thu thập thông tin tài liệu: Điều tra, thu thập, tổng hợp thông tin về mạng lưới cấp nước, thực trạng thất thu và thất thoát nước, tỉ lệ thất thoát nước, thực trạng về tình hình chống thất thoát nước của Tp Hồ Chí Minh Nguồn tài liệu từ các công ty cấp nước từ địa bàn Thành phố và từ các nguồn khác các trường, viện,

2 Phương pháp thống kê: Luận án sử dụng phần mềm excel và phương pháp thống kê cổ điển để xác định các yếu tố sau:

+ Tỉ lệ thất thoát nước trung bình tại địa bàn quản lý của các công ty cấp nước tại Tp.HCM;

+ Những nguyên nhân-vị trí chủ yếu gây thất thoát nước;

+ Tác động của các yếu tố bên ngoài Sự thay đổi lưu lượng, xây dựng DMA,

dò tìm rò rỉ, điều tiết áp lực, lên tỉ lệ thất thoát nước

3 Phương pháp khảo sát điều tra thực tế:

+ Khảo sát thực tế tại một số khu vực trên địa bàn Tp HCM Thảo Điền, Quận

1, Quận 3, Nhà Bè, để đánh giá và phân tích hiện trạng mạng lưới cấp nước;

+ Điều tra thực tế các biện pháp gian lận của của khách hàng làm gây hư hỏng thiết bị đo, làm thất thu nước

4 Phương pháp kế thừa: Kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu của các

đề tài-dự án về thất thoát nước có liên quan đến đề tài luận án

+ Sử dụng kết quả phân tích của các cơ quan quản lý nhà nước và các dự án Quốc tế về thất thoát nước ở Tp HCM

+ Áp dụng các Kết quả nghiên cứu về Phương pháp tính toán lượng nước thất thoát và biện pháp chống thất thoát nước đã thực hiện trên Thế giới và địa bàn thành phố Dựa vào các bài báo cáo, nghiên cứu khoa học đã công bố

+ Kế thừa những công thức, nguyên lý về thủy lực, mối liên hệ giữa áp lực và lưu lượng, tổn thất áp lực

5 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

+ Ứng dụng các thiết bị chuyên ngành để thực nghiệm dò tìm rò rỉ trên mạng lưới cấp nước

+ Nghiên cứu thực nghiệm phương pháp điều tiết áp lực chủ động trong DMA cụm cô lập cấp nước để giảm thất thoát nước

6 Phương pháp so sánh:

+ So sánh kết quả nghiên cứu về thất thoát nước hiện trạng, giải pháp, mô hình của luận án với các nghiên cứu của các đề tài dự án tương tự ở trong và ngoài nước

+ So sánh các số liệu trước và sau khi sử dụng các giải pháp công nghệ

5 TÍNH MỚI, TÍNH KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

5.1 Tính mới của luận án

- Xây dựng được phương pháp xác định tỷ lệ giữa thất thoát và thất thu theo số liệu hiện trạng và theo kết quả nghiên cứu; từ đó cho phép xác định chiến lược phù hợp để giảm thiểu thất thoát nước

- Đề xuất giải pháp giảm thiểu thất thoát và thất thu nước sạch: i Xác định được các vị trí có tỉ lệ rò rỉ cao trên mạng lưới phân phối nước sạch để tiến hành dò tìm rò rỉ bằng thiết bị và phạm vi phù hợp, Phương pháp điều tiết áp lực chủ động theo điểm bất lợi trong cụm cấp nước cô lập DMA trên mạng lưới cấp nước nhằm giảm thiểu áp lực dư gây thất thoát nước trên mạng lưới, phù hợp với nhu cầu tiêu thụ

và đặc trưng áp lực tại Tp.HCM; ii Xác định được các nhóm đối tượng tiêu thụ nước

có tỷ lệ thất thu cao và thấp, từ đó định hướng giải pháp khắc phục phù hợp với từng đối tượng cho khu vực Tp.HCM

- Đề xuất mô hình quản lý chống thất thoát và thất thu: i Xây dựng phương pháp dò tìm rò rỉ, phát hiện các điểm bể ống cấp nước một cách khoa học; ii Dựa trên mức tiêu thụ và tỷ lệ thất thoát của từng đối tượng tiêu thụ nước mà đề xuất đưa

ra giá nước sạch thích hợp với từng đối tượng nhằm đảm bảo khuyến khích tiêu thụ hợp pháp, giảm thiểu gian lận, tiết kiệm nước sạch, đảm bảo quy hoạch cấp nước, giảm thiểu nguy cơ khoan và sử dụng nguồn nước dưới đất tại Tp.HCM

5.2 Tính khoa học của luận án

- Kết quả nghiên cứu xác định được tỷ lệ giữa thất thoát và thất thu trong mỗi cụm cấp nước cô lập, từ đó xác lập thứ tự ưu tiên trong việc thực hiện giảm thiểu thất thoát nước phù hợp đặc trưng áp lực và mạng lưới cấp nước Tp.HCM

- Với thất thoát nước do thất thu thì kết quả nghiên cứu xác định được các nhóm đối tượng gây thất thu cao, từ đó giúp đơn vị cấp nước có kế hoạch thực hiện giảm thiểu thất thu có cơ sở lựa chọn, đúng đối tượng

- Với thất thoát nước do thất thoát cơ học, rò rỉ: kết quả nghiên cứu xác định được việc điều tiết áp lực chủ động theo điểm bất lợi trong cụm cấp nước cô lập đem lại hiệu quả trong việc giảm lượng nước thất thoát do rò rỉ phù hợp điều kiện Tp.HCM Xác định được các vị trí rò rỉ thường gặp, hoặc tái xuất hiện Kết quả nghiên cứu giúp nhìn nhận toàn diện về thất thoát và thất thu, các giải pháp khắc phục tương ứng

5.3 Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Hiện trạng thất thoát nước tại Tp HCM: Kết quả nghiên cứu sẽ đóng góp vào việc giảm thiểu lượng nước sạch thất thoát, đảm bảo cấp nước an toàn trong bối cảnh nhu cầu dùng nước ngày càng tăng

Kinh tế: Giảm tỉ lệ thất thoát nước đồng nghĩa với tiết kiệm một khoản chi phí rất lớn; Một khi nguồn nước được tiết kiệm bởi việc giảm thất thoát, nó thể hiện như một nguồn cấp nước mới “Một nguồn nước mới được tìm thấy” sẽ dùng để bán cho khách hàng mới hoặc đáp ứng nhu cầu trong thời kỳ hạn hán hoặc thiếu nước, giúp nâng cao hiệu quả kinh tế của việc khai thác, xử lý và tiêu thụ nước;

Môi trường: Góp phần bảo vệ nguồn nước và môi trường, tiết kiệm năng lượng

và góp phần giảm thiểu phát thải khí CO2 trong quá trình xử lý và phân phối nước sạch

Xã hội: Tăng tỉ lệ người dân được dùng nước sạch, nâng cao chất lượng cuộc sống người dân Các đơn vị cấp nước hoàn toàn làm chủ được công nghệ chống thất thoát nước, đơn giản hóa việc chống thất thoát nước và tránh phụ thuộc chuyên gia nước ngoài

Đặc biệt kết quả nghiên cứu này được ứng dụng rộng rãi sẽ giúp cho việc giảm thiểu thất thoát nước sạch tại Tp.HCM cũng như áp dụng cho các thành phố khác có điều kiện tương tự, như Hà Nội, Hải Phòng, một cách hiệu quả

Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, cấu trúc luận án có 4 chương:

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Phương pháp – Mô hình và nội dung thực hiện

Chương 4: Kết quả và biện luận

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG

Thất thoát nước là lượng nước tổn thất trong quá trình vận chuyển và phân phối nước sạch được xác định bởi sự chênh lệch giữa lượng nước sạch vào mạng lưới cấp nước với lượng nước tiêu thụ thực tế ghi nhận được Bao gồm hai thành phần chính là thất thoát và thất thu

Thất thoát cơ học (Physical Loss, hay thất thoát hữu hình) liên quan đến rò rỉ

từ các điểm bể nổi và bể ngầm trên mạng lưới truyền tải - phân phối nước sạch đến vị trí đấu nối đồng hồ nước tiêu thụ Thuật ngữ “nước thất thoát”, “thất thoát hữu hình”, hay “thất thoát cơ học” được hiểu là thất thoát cơ học, có liên quan đến mạng lưới cấp nước

Thất thu (Commercial Loss/Invisible Loss, hay thất thoát vô hình) là những mất

mát không thể xác định được liên quan đến sai số đo đếm tiêu thụ xảy ra khi nước được phân phối đến khách hàng, hay như các trường hợp tiêu thụ nước bất hợp pháp như đấu nối phía trước đồng hồ nước hoặc tiêu thụ nước hợp pháp nhưng lượng nước tiêu thụ không ghi nhận được Thuật ngữ “thất thu”, “nước thất thu”, “thất thoát thương mại” hay “thất thoát vô hình” được hiểu là lượng thất thu này, thường liên quan đến thiết bị đo đếm và các đối tượng tiêu thụ nước

Bảng cân bằng nước của Hiệp hội Nước Quốc tế Bảng 1.1.

Theo bảng cân bằng nước của Hiệp hội Nước Quốc tế International Water Association – IWA bảng 1.1 [19, 28], lượng nước thất thoát thường thông qua hai phương thức cơ bản là:

Lượng nước thất thoát là do thất thoát nước cơ học trên mạng lưới cấp nước

đến từ các điểm rò rỉ nổi và ngầm trên đường ống: mối nối cao su, rò rỉ từ bể chứa và đài nước, bể chứa nước sạch bị tràn, đấu nối không đúng quy cách dẫn đến tình trạng lượng nước sạch sản xuất từ các nhà máy nước không đến được toàn bộ cho các đối tượng tiêu thụ nước sạch

Lượng nước thất thu là do tiêu thụ nước bất hợp pháp, ghi nhận không chính

xác dữ liệu lượng nước tiêu thụ, do định cỡ lưu lượng kế sai, dữ liệu tiêu thụ truyền về sai, gian lận đấu nối

Bảng cân bằng trên của IWA cũng đã thống kê toàn bộ các loại nước có doanh thu và không doanh thu Lượng nước không doanh thu bao gồm 2 hợp phần là thất thoát cơ học thất thoát hoặc thoát hữu hình và thất thoát thương mại thất thu hoặc thất thoát vô hình , cũng gồm các loại nước thất thoát rò rỉ ngầm và nổi trên mạng lưới truyền tải - phân phối - dịch vụ ; và thất thu do sản lượng thu được bị giảm vì ảnh hưởng của phương tiện đo và ảnh hưởng bởi đối tượng dùng nước

1.2 Ý NGHĨA CỦA VIỆC GIẢM THẤT THOÁT NƯỚC SẠCH

Hệ thống cấp nước Tp.HCM dàn trải ra trên một diện tích rộng lớn với hơn 5.400 km đường ống DN ≥ 100mm, cung cấp hơn 1,7 triệu m3 nước sạch cho cả thành phố Lượng nước sạch thất thoát tương ứng 612.000 m3/ngày Với giá nước bình quân

là 8000 đồng/m3, thì số tiền thất thoát là 4,896 tỉ đồng/ngày và hơn 1787,04 tỉ đồng/năm và gây lãng phí tài nguyên nước Việc giảm thất thất thoát nước sẽ mang lại những ý nghĩa to lớn sau:

Khai thác bền vững tài nguyên nước: Nguồn tài nguyên nước thô cho

Tp.HCM ngày càng khan hiếm và chất lượng nước thô hiện nay đang phải chịu nhiều tác động xấu bởi sự biến đổi khí hậu, nhiễm mặn do nước biển dâng cao, ảnh hưởng

do ô nhiễm nguồn nước Lượng nước thu hồi được từ việc giảm thất thoát nước giúp cắt giảm lượng nước thô khai thác để sản xuất nước sạch Điều này giúp góp phần khai thác tối ưu nguồn nước thô và phân bổ cho các mục đích sử dụng nước khác

Kinh tế - Tiết kiệm năng lượng: Giảm lượng nước thất thoát đồng nghĩa với

việc cung cấp thêm một lượng nước lớn mà không cần thêm chi phí sản xuất, tiêu tốn hóa chất, điện năng, nhân lực Đặc biệt lượng nước thu hồi này có thể bán ngay cho các vùng thiếu nước, góp phần phát triển bền vững mạng lưới cấp nước cho các công

ty cấp nước Tp.HCM

Bảo vệ môi trường: Việc giảm lượng điện năng tiêu thụ, hóa chất sử dụng,

thiết bị sử dụng từ việc giảm thất thoát nước cho quá trình sản xuất nước sạch góp phần giảm thiểu lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường, phát thải carbon, hiệu ứng nhà kính

Bảo vệ hạ tầng: Mạng lưới cấp nước Tp.HCM cực lớn về qui mô, trải đều

quanh trục trung tâm Quận 1, 3 và phần lớn nằm trên các tuyến đường huyết mạch của Tp HCM Việc giảm thất thoát nước cũng đồng nghĩa với việc giảm thiểu số lượng điểm bể, số sự cố đường ống cấp nước cần khắc phục, các ảnh hưởng đến hạ tầng đô thị do việc thi công khắc phục sự cố cũng giảm thiểu Như vậy giảm thất thoát nước có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hạ tầng đô thị Tp.HCM Giảm thất thoát nước còn giúp giảm khai thác nước dưới đất, giảm tác động đến địa chất ngầm thành phố

1.3 TỔNG QUAN THỰC TRẠNG VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ THẤT THOÁT NƯỚC SẠCH Ở NGOÀI NƯỚC

1.3.1 Thực trạng thất thoát nước sạch trên thế giới

1.3.1.1 Thực trạng thất thoát nước

Với tình trạng Trái Đất ấm dần lên và sự gia tăng dân số, nước là nguồn tài nguyên ngày càng quý hiếm Trên 70% bề mặt của Trái Đất được bao phủ bởi nước, nhưng 97% là nước mặn, chỉ còn 3% là nước ngọt, và chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống [27] Tuy nhiên hơn 1/3 lượng nước sạch được khai thác hiện nay lại bị thất thoát, rò rỉ bởi hệ thống cung cấp nước sạch đô thị trước khi đến đối tượng sử dụng nước Hầu hết các thành phố tại các nước công nghiệp, hạ tầng cấp nước đã được xây dựng từ đầu thế kỷ 20,

do đó cơ sở hạ tầng đang xuống cấp nhanh chóng; nhưng việc thay thế, đổi mới đường ống cung cấp cho hộ gia đình và các khu công nghiệp lại ít được đầu tư thích đáng

Thách thức chủ yếu mà các thành phố lớn đang phải đối mặt là làm cách nào để đối phó với tình trạng thất thoát nước đang ở mức cao và không kiểm soát được, kéo dài nhiều năm Lượng nước thất thoát được ước tính có mức giá trị vượt trên 18 tỉ USD mỗi năm trên thế giới [48] Tại tất cả các nước trên thế giới, thất thoát nước đang xảy ra trong cả hệ thống ống của khách hàng sử dụng và hệ thống ống phân phối của nhà cung cấp Nước thất thoát là vấn đề chung đang xảy ra ở những nước phát triển cũng như ở các nước đang phát triển

Mạng lưới phân phối nước trải qua nhiều năm sử dụng mang một đặc trưng

“nằm ngoài tầm nhìn, nằm ngoài nhận thức”, đặc biệt là nơi mà nguồn nước có giá rẻ

và dồi dào Vấn đề liên quan đến thất thoát là rất lớn Thất thoát cơ học gián tiếp đòi hỏi nguồn cung nhiều hơn, khối lượng xử lý và vận chuyển lớn hơn so với nhu cầu tiêu thụ thực tế từ các đối tượng tiêu thụ nước Sự rò rỉ, thất thoát liên tục và chảy tràn thường xuyên gây ra thiệt hại đáng kể và làm nặng thêm trách nhiệm xã hội đối với đơn vị cấp nước Chỉ số thất thoát cao sẽ giới hạn sự tăng trưởng cấp nước của khu vực bởi sự hạn chế về nguồn cấp nước hiện tại và gây ảnh hưởng đến nền kinh tế

Hiện nay nguồn nước thô đang bị đe dọa bởi hạn hán và thiếu nguồn cung cấp, vấn đề đặt ra là phải bảo vệ được nguồn cung hiện có hoặc phải đầu tư vào các nguồn

cung cấp mới Giá trị của giảm thất thoát cơ học thể hiện ở chỗ, một khi nguồn nước được tiết kiệm bởi việc giảm thất thoát, nó thể hiện như một nguồn cấp nước mới

“Một nguồn nước mới được tìm thấy” sẽ dùng để bán cho khách hàng mới hoặc có

thể tránh được các hạn chế về nhu cầu trong thời kỳ hạn hán hoặc thiếu nước

Thực tế là 70% lượng nước thất thoát trên khắp thế giới xảy ra ở những nước

có thu nhập thấp Tại khu vực Châu Á tỉ lệ thất thoát nước của các đơn vị cấp nước cũng vào loại cao, tuy nhiên cao nhất vẫn là hệ thống cấp nước ở Châu Phi và Châu

Mỹ La Tinh

Tỷ lệ thất thoát nước sạch của các thành phố lớn tại châu Á Hình 1.1.

(Tháng 10/2011) [1]

Bảng trên cho thấy tại châu Á, tỉ lệ thất thoát nước cũng không đồng đều, tỉ lệ này rất cao tại các thành phố Kualalumpur 43,47% và Thượng Hải 46,25% , trong khi tại 2 thành phố Nhật Bản, tỉ lệ này chỉ khoảng 7%

Đặc trưng thất thu không mang theo các tác động vật lý như thất thoát cơ học thường có Thất thu gây thiệt hại đáng kể đến tài chính của nhà cung cấp và khách hàng, cũng như làm sai lệch những dữ liệu cần thiết cho việc quy hoạch tài nguyên nước Tác động kinh tế của thất thu thường tương đối rõ ràng hơn nhiều so với thất thoát cơ học, hình thức thất thu nước sạch thường gặp là thất thu từ việc bán lẻ cho khách hàng, trong khi thất thoát cơ học chỉ là chi phí sản xuất biến đổi như điện năng, hóa chất Các nhà cung cấp nước thường đưa ra đơn giá bán lẻ đến khách hàng có mức từ 10 đến 40 lần chi phí sản xuất chi phí cho việc xử lý và phân phối nước , có nghĩa là 1m3 nước thất thu gây thiệt hại về tài chính tương đương 10 đến 40m3 nước thất thoát

Thất thu xảy ra sẽ tác động trực tiếp đến nguồn thu của đơn vị cung cấp nước Nhiều hệ thống trên khắp thế giới không có cơ chế quản lý đo đếm chính xác và hình thức ra hóa đơn phù hợp, vì vậy không nhận thức được là thất thu đang xảy ra Việc

giảm thất thu nước không những cải thiện hiệu quả quản lý mà còn làm tăng lợi nhuận hoàn vốn lại một cách nhanh chóng và trực tiếp

Bảng ước tính nước không doanh thu toàn cầu (2009) [24]

Bảng 1.2.

Ước tính nước không doanh thu (NKDT)

Số dân phục

vụ (triệu người)

Lượng nước đưa vào hệ thống (lít/người/

ngày)

Tỷ lệ NKDT (%

lượng nước đưa vào hệ thống)

Tỷ lệ Khối lượng, tỷ m 3 /năm Thất

thoát hữu hình

Thất thoát

vô hình

Thất thoát hữu hình

Thất thoát

vô hình

Tổng cộng NKDT

số theo dõi, áp dụng các giải pháp kỹ thuật

Để đánh giá mức độ quản lý thất thoát nước, tổ chức IWA phân cấp theo lượng nước thất thoát được trình bày như theo Bảng 1.3 như sau:

Bảng phân loại Mức độ quản lý nước thất thoát [30] Bảng 1.3.

B 9,9–18,0 13,8–24,2 17,4–29,6 20,6-34,2 23,7-38,2

C 18,0 - 28,6 24,2 – 37,5 29,6 – 44,4 34,2-50,0 38,3-54,6

D > 28,6 > 37,5 >44,4 >50,0 >54,6

M ứ c A1: Quản lý lượng nước thất thoát là tốt nhất, khả năng để giảm thêm

nước thất thoát là rất nhỏ, mặt dù vẫn có khả năng giảm thất thoát bằng cách giảm áp lực hoặc tăng độ chính xác cho đồng hồ đo đếm tiêu thụ khách hàng

Mức A2: Tiếp tục chống thất thoát nước có thể không kinh tế, trừ khi thiếu

nước hoặc giá nước rất cao; cần lên một kịch bản chi tiết để hiệu quả nhất về mặt hiệu quả và chi tiết

Mức B: Có tiềm năng để cải tiến, cần lập một bảng cân bằng nước để để định

lượng các thành phần của lượng nước thất thoát; xem xét so sánh các biện pháp quản

lý áp lực, kiểm soát rò rỉ và bảo trì mạng tốt hơn; nâng cao khả năng quản lý đồng hồ khách hàng, kiểm tra quá trình đọc dữ liệu đồng hồ và tính tiền, và xem xét tiềm năng cải thiện

Mức C: Quản lý thất thoát nước kém, có thể chấp nhận nếu có nguồn nước dồi

dào Cần phân tích mức độ và các nguyên nhân gây thất thoát nước để thực hiện các biện pháp giảm thất thoát nước

Mức D: Rất không hiệu quả; cần nhanh chóng triển khai một chương trình

Chống thất thoát thất toàn diện

NHẬN XÉT

Tp HCM là vùng có áp lực cấp nước trung bình thấp, tùy thuộc vào khoảng cách so với các nhà máy cấp nước, áp lực phân bố ở khoảng 5 ÷ 49m – Trung bình là 20m; Tỉ lệ thất thoát nước hiện nay ở khoảng 34-38%

Vật với tỉ lệ thất thoát là 37,5 đến > 37,5 % cho vùng áp lực trung bình 20m - ở mức C-D, rất cần thiết để tiến hành các giải pháp chống thất thoát nước

1.3.1.2 Một số giải pháp chống thất thoát, thất thu nước sạch trên thế giới

Giải pháp để giảm thiểu thất thoát nước cũng như sử dụng hiệu quả nguồn nước và năng lượng được áp dụng và các giai đoạn khác nhau của: khi cấp nước đầu vào, quá trình xử lý, vận chuyển và lưu trữ, phân phối và cuối cùng đến người tiêu thụ

Quá trình kiểm soát thất thoát nước có thể thực hiện các biện pháp sau:

+ Kiểm soát bị động: bao gồm sửa chữa rò rỉ và khắc phục vỡ ống khi xảy ra; + Kiểm soát chủ động: tiến hành khảo sát phân vùng tách mạng, thành lập và giám sát các vùng DMA để dò tìm rò rỉ;

+ Quản lý áp lực bằng cách dự đoán và tính toán để phân vùng áp lực; xác định

và bố trí lại mạng lưới, cũng như lắp đặt các van giảm áp PRV để chủ động điều khiển áp lực hoặc vận hành trạm bơm phù hợp với chế độ mạng lưới;

+ Tiến hành các chương trình nâng cấp cải tạo hạ tầng ngắn hạn và dài hạn; + Ứng dụng Công nghệ thông tin GIS, Scada để dò tìm rò rỉ và quản lý mạng lưới hiệu quả;

+ Nhân viên quản lý mạng lưới phải thường xuyên được đào tạo để nâng cao ý thức và kỹ năng tay nghề

1.3.2 Tổng quan các nghiên cứu, dự án quốc tế đã triển khai về giảm thất thoát nước sạch

1.3.2.1 Cape Town (South Africa) [39]

 Bối cảnh thành phố Cape Town

Thành phố Cape Town - South Africa được cấp nước từ Nhà máy Blackhealth Purification, nước trữ trong một bể chứa lớn đặt ở cao trình 110m so với mực nước biển Mạng lưới đường ống tự chảy có áp tới các khu vực khác nhau trong thành phố Nhiều năm qua thành phố phải đối mặt với tình trạng thất thoát nước cao do áp lực lớn, Vi vậy từ năm 2009, thành phố đã tiến hành các dự án quản lý áp lực để giảm thiểu rò rỉ

Dự án quản lý áp lực thành công nhất của Cape Town là tại khu Mitchells Plain Mạng lưới của Mitchells Plain cung cấp nước cho 500.000 dân, có áp lực trung bình 60÷90m cột nước Ban đầu lưu lượng tối thiểu trên 2 đầu vào mạng lưới vào ban đêm là 900 m3/h, vượt mức tính toán là 430 m3/h

 Phương pháp thực hiện

Giải pháp được tiến hành là quản lý áp lực trên mạng lưới theo nhu cầu dùng nước Cape Town được đánh giá là thích hợp để quản lý áp lực dựa vào các yếu tố sau:

+ Vào giờ dùng nước thấp điểm ban đêm, lưu lượng nước đo đếm từ đồng hồ tổng cao hơn nhiều so với nhu cầu tính toán ước tính cần thiết vào ban đêm Đây là biểu hiện rõ ràng nhất của tỉ lệ rò rỉ cơ học cao, do vào ban đêm áp lực toàn mạng tăng dẫn đến lượng nước rò rỉ từ các lỗ rỗng trên mạng lưới cũng tăng lên

+ Địa hình bằng phẳng nên để giảm áp lực chỉ cần lắp van giảm áp 1 hoặc 2 lần đối với các khu vực có nhiều đồi núi thì điều này là không thể

+ Diện tích: diện tích rộng lớn thường sẽ hiệu quả kinh tế hơn khu vực diện tích nhỏ

+ Số điểm cấp nước ít: ít điểm cấp nước trên một diện tích lớn được xem là lý tưởng vì ít điểm cấp nước vào thì cũng cần ít điểm cài đặt quản lý áp lực, dễ dàng quản lý và tiết kiệm chi phí

Thành phố Cape Town được chia làm 4 khu vực để quản lý áp lực: khu Khayelitsha, khu Mfuleni, khu Gugulethu và khu Mitchells Plain

Dự án đã xây dựng một buồng điều áp lớn trên đường ống D1220mm ở ngoại ô Mandalay của Mitchells Plain và một buồng điều áp nhỏ trên đường ống D300mm ở ngoại ô Standofrontein

Buồng điều áp lớn bao gồm 4 đường ống song song D300, mỗi ống trang bị 2 van khóa, lưới lọc, đồng hồ đo và van PRV

Sơ đồ bố trí buồng điều áp lớn trên đường ống D1220mm của Hình 1.2.

Mitchells Plain

Buồng điều áp lớn của đường ống D1220mm sau khi lắp đặt xong Hình 1.3.

Sơ đồ bố trí buồng điều áp nhỏ trên đường ống D300mm của Hình 1.4.

Mitchells Plain

 Kết quả

Dự án quản lý áp lực đã được những thành công to lớn: giảm lượng nước thất thoát và số lượng điểm rò rỉ, thất thoát nước Biểu hiện ở những điểm sau:

+ Tần số điểm bể trên ống và mối nối giảm đáng kể;

+ Rò rỉ ngầm rò rỉ nhỏ trên các kết nối giảm;

+ Rò rỉ đường ống dẫn nước nội bộ bên trong tòa nhà giảm;

+ Lượng nước lãng phí do rò rỉ giảm;

+ Tăng tuổi thọ mạng lưới cấp nước cũng như hệ thống ống nước nội bộ;

Dự án này cũng cho thấy việc cắt giảm áp lực trên đường ống truyền tải đem lại hiệu quả giảm thất thoát nước rất cao

Tổng hợp kết quả của dự án quản lý áp lực ở thành phố Cape Town Bảng 1.4.

Khu vực

Lượng nước tiết kiệm được (10 6 m 3 /năm)

Tổng chi phí tiết kiệm cho thành phố theo chi phí sản xuất là 8,3 triệu USD/năm

 Đánh giá

Ưu điểm: Dự án cho thấy quản lý áp lực là phương pháp gián tiếp giảm thiểu

rò rỉ trên đường ống hiệu quả, nhanh chóng, đồng thời giúp tăng tuổi thọ mạng lưới

Khuyết điểm: Giải pháp chỉ áp dụng được cho những khu vực có đặc điểm

tương tự như áp lực đầu vào cao, địa hình bằng phẳng hoặc dốc đều, số nguồn cấp giới hạn, diện tích phục vụ rộng, Nếu áp dụng ở những khu vực áp lực phân bố không đồng đều hoặc địa hình phức tạp, sẽ dẫn đến thiéu áp cục bộ ở những khu vực cuối mạng lưới và khó quản lý

1.3.2.2 Dự án Manila water (Philippines) [35]

 Bối cảnh dự án Manila water

Công ty Manila Water cấp nước cho hơn 9 triệu người ở khu Đông Thủ đô Philippines Dân số khu vực tăng quá nhanh vượt xa khả năng phục vụ của một hạ tầng cấp nước đã 130 năm tuổi Hậu quả là hàng triệu người được cấp nước với áp lực rất thấp và khoảng 3 triệu người không được tiếp cận với hệ thống cấp nước đô thị

Trước khi thực hiện dự án, lượng nước không doanh thu NRW vào khoảng 67% khoảng hơn 1.500 triệu m3/ ngày đêm

Các khu vực được phục vụ bởi mạng Manila Water nằm ở vị trí cao, đòi hỏi các máy bơm phải hoạt động liên tục để duy trì cấp nước và giữ cho áp lực luôn ổn định ở mức quy định Công ty sử dụng 26 trạm bơm để cấp nước cho khách hàng, cũng như

để cấp cho các bể trữ nước và tháp điều hòa Các bơm nước này tiêu tốn một lượng lớn năng lượng; và tại một khu vực có giá điện đắt nhất ở châu Á, chi phí vận hành bơm chiếm phần lớn chi phí hoạt động của công ty

Vì vậy công ty Manila Water không ngừng tìm kiếm giải pháp nâng cao hiệu quả, giảm thiểu sử dụng năng lượng, tối ưu hóa áp lực trên mạng, giảm lượng thất thoát nước

 Phương pháp thực hiện

Công ty đã thực hiện thí điểm giải pháp tối ưu hóa áp lực máy bơm tại Trạm bơm N.Domingo Trạm bơm N.Domingo có 3 máy bơm 100 HP: 1 bơm biến tần và 2 bơm áp lực cố định Tuy nhiên, các máy bơm này phải điều khiển bằng tay thông qua giao diện SCADA để quản lý áp lực và lưu lượng nước Trạm bơm N Domingo cấp nước cho các đối tượng dùng nước sinh hoạt và thương mại, bao gồm các bệnh viện, khách sạn, trường học và các trường cao đẳng Khu vực này có nhu cầu dùng nước rất cao và biến động, từ 40 l/s vào ban đêm lên đến 175 l/s vào giờ cao điểm Sự biến động về lưu lượng dẫn đến áp lực và vận tốc thay đổi liên tục gây hư hỏng, bể đường ống và thường xuyên mất nước

Trong tháng 11 năm 2011, giải pháp tối ưu hóa áp lực bơm được triển khai tại Trạm bơm N Domingo Bộ điều khiển máy bơm được đặt trong tủ điều khiển logic lập trình, và các cảm biến áp suất được lắp đặt tại các điểm quan trọng trong mạng Bộ điều khiển được thiết lập các mức áp lực tối thiểu 18m và tối đa 25m Yêu cầu chính cho công nghệ này là nó phải quản lý - thiết lập - vận hành máy bơm mà không ảnh hưởng đến dịch vụ khách hàng Để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru, nhóm thực hiện dự án đã nghiên cứu biểu đồ dùng nước, sự thay đổi áp lực trong 24 giờ một ngày, và sự thay đổi theo từng mùa trong năm dựa vào tính toán, điều tra xã hội và số liệu thực tế Biểu đồ được tích hợp với hệ thống SCADA hiện có, để tự động điều chỉnh áp lực bơm cao vào các giờ dùng nước lớn, và giảm áp lực vào ban đêm, hoạt động theo thời gian thực để thông báo cho người quản lý nhà máy bất kỳ vấn đề nào xảy ra Hệ thống liên tục tự động điều chỉnh tối ưu hóa áp lực cung cấp cho khách hàng, giảm áp lực thừa trong vùng quản lý áp lực, giảm thiểu áp lực trung bình, nhờ

đó giảm tối đa lượng nước rò rỉ cũng như tần suất bể ống, qua đó giảm chi phí các hoạt động như sửa chữa và kiểm soát rò rỉ

 Kết quả

Bằng cách điều chỉnh áp lực bơm thấp hơn tại các thời điểm dùng nước thấp, Trạm bơm N Domingo hiện nay sử dụng năng lượng ít hơn đáng kể, do đó làm giảm chi phí hoạt động của công ty