NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHÂN VÙNG TÁCH MẠNG NHẰM GIẢM NĂNG LƯỢNG TIÊU THỤ CỦA MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC THÀNH PHỐ NAM ĐỊNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- NGUYỄN BÍCH NGỌC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHÂN VÙNG TÁCH MẠNG NHẰM GIẢM NĂNG LƯỢNG TIÊU THỤ CỦA MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN BÍCH NGỌC

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHÂN VÙNG TÁCH MẠNG NHẰM GIẢM NĂNG LƯỢNG TIÊU THỤ CỦA

MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC THÀNH PHỐ NAM ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ SỞ HẠ TẦNG

Hà Nội - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN BÍCH NGỌC KHÓA: 2014-2016

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHÂN VÙNG TÁCH MẠNG NHẰM GIẢM NĂNG LƯỢNG TIÊU THỤ CỦA

MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC THÀNH PHỐ NAM ĐỊNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ sở hạ tầng

Mã số: 60.58.02.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ SỞ HẠ TẦNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN VĂN NAM

Hà Nội – 2016

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn Thạc sĩ, đến nay luận văn của em đã hoàn thành Sự thành công của luận văn là có sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo giảng dạy và khoa Sau đại học Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội Em xin trân trọng cảm ơn các thầy, các cô đã truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt quá trình học tập và trong thời gian em thực hiện luận văn

Em xin trân trọng và cảm ơn sâu sắc TS.Nguyễn Văn Nam là người hướng dẫn khoa học cho em thực hiện luận văn Thạc sĩ Thầy là người hướng cho em cách tiếp cận nội dung nghiên cứu một cách khoa học nhất và luôn đưa cho em những lời khuyên chân thành và bổ ích nhất

Cuối cùng, tôi xin trân trọng cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp

đã luôn động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 06 năm 2016

Tác giả

Nguyễn Bích Ngọc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Bích Ngọc

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu bảng,

biểu

Tên bảng, biểu

Bảng 1.1 Hiện trạng dân số và đô thị hóa

Bảng 2.1 Khung giá tiêu thụ nước sạch

Bảng 2.2 Tổng chi phí sản xuất cho 1 m 3 nước

Bảng 2.3 Hệ số tính giá theo mục đích sử dụng

Bảng 2.4 Bảng dự báo nhu cầu dùng nước

Bảng 2.5 Bảng một số chỉ tiêu chính chất lượng nước ngầm thành phố

Nam Định Bảng 2.6 Các thông số chính của dòng chảy sông Đào

Bảng 2.7 Kết quả phân tích chất lượng nước thô sông Đào

Bảng 2.8 Bảng thống kê đường ống cấp nước

Bảng 3.1 Bảng năng lượng điện tiêu thụ trạm bơm cấp nước hiện trạng Bảng 3.2 Bảng năng lượng tiêu thụ điện tại trạm bơm cấp nước sau

phân vùng Bảng 3.3 Bảng chi phí vật liệu ổng mới

Bảng 3.4 Bảng chi phí đồng hồ tổng mới

Bảng 3.5 Bảng chi phí van giảm áp

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Số hiệu hình vẽ,

sơ đồ, đồ thị

Tên đầy đủ

Hình 1.1 Ranh giới thành phố Nam Định

Hình 1.2 Phân vùng địa chất tỉnh Nam Định

Hình 1.3 Phân vùng địa hình cảnh quan tỉnh Nam Định

Hình 1.4 Phân vùng nắng tỉnh Nam Định

Hình 1.5 Phân vùng nhiệt tỉnh Nam Định

Hình 1.6 Sơ đồ vị trí thành phố Nam Định trong vùng Nam đồng bằng

sông Hồng Hình 1.7 Mật độ dân cư thành phố Nam Định

Hình 1.8 Sơ đồ giao thông đối ngoại (hệ thống đường hướng tâm) Hình 1.9 Sơ đồ giao thông đối ngoại (hệ thống đường vành đai)

Hình 1.10 Sơ đồ hiện trạng mạng lưới cấp nước thành phố Nam Định Hình 1.11 Hình ảnh trạm bơm cấp 2 NMN Nam Định

Hình 2.1 Biểu đồ xác định đường kính ống tối ưu

Hình 2.2 Sơ đồ mô tả phương pháp tiếp cận của kế hoạch cấp nước an

toàn Hình 3.1 Sơ đồ nút tính toán thủy lực hiện trạng mạng lưới cấp nước TP

Nam Định Hình 3.2 Sơ đồ cột áp trong ngày tại nút bất lợi nhất J30

Hình 3.3 Sơ đồ cột áp trong ngày tại nút sau bơm

Hình 3.4 Ranh giới phân vùng cấp nước thành phố Nam Định

Hình 3.5 Sơ đồ nút tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước TP Nam Định

sau phân vùng Hình 3.6 Sơ đồ cột áp trong ngày tại nút bất lợi nhất hiện trạng và sau

phân vùng Hình 3.7 Sơ đồ cột áp trong ngày tại nút sau bơm hiện trạng và sau

phân vùng

GIS Hệ thống thông tin địa lý

SCADA Hệ thống thu thập số liệu và điều khiển tự động DMZ Vùng quản lý thất thoát nước

DMA Khu vực quản lý thất thoát nước

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU 1

PHẦN NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN VÙNG TÁCH MẠNG; HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THÀNH PHỐ NAM ĐỊNH 5

1.1 Tổng quan về phân vùng tách mạng tại các đô thị Việt Nam 5

1.2 Giới thiệu chung về thành phố Nam Định 7

1.2.1 Điều kiện tự nhiên 7

1.2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 15

1.2.3 Hiện trạng hệ thống hạ tầng kỹ thuật 19

1.3 Hiện trạng mạng lưới cấp nước thành phố Nam Định 28

1.3.1 Hiện trạng nguồn nước của thành phố Nam Định 28

1.3.2 Hiện trạng nhà máy nước 29

1.3.3 Hiện trạng mạng lưới cấp nước 30

1.3.4 Hiện trạng trạm bơm cấp 2 31

1.3.5 Hiện trạng cấp nước 32

1.4 Đánh giá chung về hiện trạng mạng lưới cấp nước thành phố Nam Định và việc phân vùng tách mạng 33

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC PHÂN VÙNG TÁCH MẠNG NHẰM GIẢM NĂNG LƯỢNG TIÊU THỤ CỦA MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 35

2.1 Cơ sở lý thuyết 35

2.1.1 Phân cấp mạng lưới 35

2.1.2 Nguyên tắc phân vùng tách mạng mạng lưới cấp nước 36

2.1.3 Cơ sở phân vùng tách mạng 38

2.1.4 Lý thuyết sử dụng phần mềm Epanet trong tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước 40

2.1.5 Lý thuyết tối ưu hóa mạng lưới hỗ trợ tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước 43

2.2 Cơ sở pháp lý 51

2.2.1 Các văn bản pháp luật, quy phạm, tiêu chuẩn 51

2.2.2 Định hướng quy hoạch cấp nước thành phố Nam Định 55

2.2.3 Kế hoạch cấp nước an toàn 61

2.3 Kinh nghiệm trong nước và ngoài nước về phân vùng tách mạng 63

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÂN VÙNG TÁCH MẠNG NHẰM GIẢM CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ TẠI TRẠM BƠM CẤP NƯỚC VÀO MẠNG LƯỚI 69

3.1 Đánh giá năng lượng điện tiêu thụ của trạm bơm cấp nước vào mạng lưới 69

3.2 Sơ đồ phân vùng tách mạng 73

3.2.1 Đề xuất phương án phân vùng tách mạng 73

3.2.2 Phân tích và lựa chọn sơ đồ phân vùng tách mạng 73

3.2.3 Xác định ranh giới phân vùng tách mạng 74

3.3 Tính toán thủy lực mạng lưới sau khi áp dụng sơ đồ phân vùng tách mạng lựa chọn 79

3.3.1 Nhiệm vụ tính toán thủy lực mạng lưới 79

3.3.2 Lắp đặt, bố trí van điều khiển, kiểm soát 79

3.3.3 Tính toán thủy lực mạng lưới 80

3.4 Phân tích áp lực tại các nút trên mạng lưới sau phân vùng 83

3.5 Kết quả tiêu thụ năng lượng điện tại trạm bơm cấp nước vào mạng lưới sau phân vùng tách mạng 84

3.6 Đánh giá hiệu quả đạt được 84

3.6.1 Đánh giá về hiệu quả kỹ thuật 84

3.6.2 Đánh giá về hiệu quả kinh tế 85

3.6.3 Đánh giá chung 87

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

Kết luận 89

Kiến nghị 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Để sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, trước tiên cần phải có các hoạt động quản lý năng lượng một cách chặt chẽ của các doanh nghiệp, các cơ sở tiêu thụ năng lượng để tìm ra giải pháp tiết kiệm năng lượng Việc tiến hành nghiên cứu

đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng

là rất cần thiết

Với các NMN, để sản xuất được khối lượng lớn nước sạch đáp ứng nhu cầu thì phải tiêu thụ một lượng điện năng rất lớn Chi phí về điện trong giá thành sản xuất nước chiếm tỉ lệ khá cao Mặt khác, do đặc thù sản xuất cấp nước phải liên tục 24/24h trong ngày nên các NMN phải chịu một khoản tiền lớn để thanh toán tiền điện trong giờ cao điểm Việc chú trọng tiết kiệm điện năng là yếu tố quan trọng để giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành, tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh Như ta biết chi phí điện năng tiêu thụ của NMN phụ thuộc chủ yếu vào lưu lượng và áp lực của trạm bơm Việc giảm áp lực bơm để giảm lượng điện tiêu thụ và giảm giá thành nước sạch là vấn đề rất quan trọng, đem lại lợi ích cho doanh nghiệp, cho người dân, góp phần tiết kiệm nguồn năng lượng cho quốc gia Bên cạnh đó, khi giảm được áp lực bơm còn giúp kéo dài tuổi thọ đường ống và làm tỉ lệ thất thoát nước sạch Mặt khác, hiện nay mạng lưới cấp nước nói chung còn nhiều bất cập dẫn đến

áp lực bơm còn cao và chưa ổn định

Vì vậy, việc nghiên cứu phân vùng tách mạng nhằm giảm áp lực lực bơm, giảm năng lượng tiêu thụ, điều hòa áp lực mạng lưới, nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống cấp nước thành phố Nam Định là cấp thiết

2

* Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Đề xuất các giải pháp phân vùng tách mạng cho mạng lưới cấp nước hiện có của thành phố Nam Định, giảm năng lượng tiêu thụ bằng việc giảm, ổn định áp lực bơm

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Mạng lưới cấp nước thành phố Nam Định

- Phạm vi nghiên cứu: Năng lượng điện tiêu thụ tại trạm bơm cấp II cấp nước vào mạng lưới cấp nước thành phố Nam Định

* Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập tài liệu

- Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu

- Phương pháp so sánh, kế thừa kinh nghiệm trong nước và nước ngoài

- Sử dụng phần mềm mô phỏng thủy lực

- Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Xác định được mối quan hệ giữa các công trình trong hệ thống cấp nước về phương diện thủy lực và sự ảnh hưởng Đưa ra giải pháp để kiểm soát và điều khiển được các thông số làm việc của mạng lưới để có thể áp dụng vào các khu vực có mạng lưới cấp nước phù hợp và tương tự

- Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng được sơ đồ mạng lưới cấp nước hợp lý, giúp điều hòa áp lực trên toàn bộ mạng lưới và giảm, ổn định áp lực của các máy bơm tại trạm bơm cấp II Đáp ứng giảm chi phí điện năng trong vận hành máy bơm, giảm chi phí sản xuất kinh doanh nước sạch

* Các khái niệm thuật ngữ được sử dụng trong luận văn [3,9]

- Hoạt động cấp nước là các hoạt động có liên quan trong lĩnh vực sản xuất, cung cấp và tiêu thụ nước sạch, bao gồm: quy hoạch, tư vấn thiết kế, đầu tư xây dựng, quản lý vận hành, bán buôn nước sạch, bán lẻ nước sạch và sử dụng nước

- Dịch vụ cấp nước là các hoạt động có liên quan của tổ chức, cá nhân trong lĩnh vực bán buôn nước sạch, bán lẻ nước sạch

- Công trình phụ trợ là các công trình hỗ trợ cho việc quản lý, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa đối với hệ thống cấp nước như sân, đường, nhà xưởng, tường rào, trạm biến áp, các loại hố van, hộp đồng hồ, họng cứu hỏa

- Vùng phục vụ cấp nước là khu vực có ranh giới xác định mà đơn vị cấp nước có nghĩa vụ cung cấp nước sạch cho các đối tượng sử dụng nước trong khu vực đó

- Nước thất thoát là lượng nước mất đi trong quá trình cung cấp nước Lượng nước thất thoát chính là phần chênh lệch giữa lượng nước bơm vào hệ thống và lượng nước tiêu thụ hợp pháp Nước thất thoát bao gồm thất thoát vô hình (hay còn gọi là thất thoát thương mại) và thất thoát hữu hình (hay còn gọi là thất thoát cơ học)

- Rò rỉ trên đường ống truyền tải hoặc phân phối nước: Lượng nước mất đi ngay trên hệ thống mạng lưới đường ống cấp nước do rò rỉ hay bể ống

- Kế hoạch cấp nước an toàn là một phương pháp luận được phát triển bởi Tổ chức Y tế thế giới để trợ giúp các công ty cấp nước trong việc nâng cao và duy trì chất lượng nước Bản chất của kế hoạch là sử dụng phương pháp đánh giá và quản

lý rủi ro tổng hợp trong tất cả các khâu trong dây chuyền sản xuất và cung cấp nước, từ lưu vực nguồn nước tới người sử dụng Kế hoạch cung cấp cho các công ty cấp nước cơ hội để đánh giá, điều chỉnh và nâng cấp các hoạt động quản lý hiệu quả

4

* Cấu trúc luận văn:

Luận văn bao gồm phần mở đầu, phần nội dung, kết luận và kiến nghị, tài liệu

tham khảo, phụ lục Phần nội dung của luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về phân vùng tách mạng; hiện trạng hệ thống cấp nước

thành phố Nam Định

Chương 2: Cơ sở khoa học của việc phân vùng tách mạng nhằm giảm năng

lượng tiêu thụ của mạng lưới cấp nước

Chương 3: Đề xuất giải pháp phân vùng tách mạng trong hệ thống cấp nước

thành phố Nam Định nhằm giảm chi phí điện năng tại trạm bơm cấp nước vào mạng

lưới

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

- Nắm được các loại sơ đồ phân vùng tách mạng bao gồm khái niệm, phạm

vi áp dụng, ưu nhược điểm của từng sơ đồ để có thể đánh giá lựa chọn sơ đồ phân vùng tách mạng tối ưu nhất cho một khu vực nghiên cứu hoặc dự án nào đó

- Phân tích mô hình thủy lực trước và sau phân vùng tách mạng để đưa ra phương án cấp nước cho từng khu vực một cách an toàn như bổ sung thêm các tuyến ống, vị trí lắp đặt đồng hồ tổng, vị trí đặt van chặn, vị trí đặt van giảm áp

- Khi có được sơ đồ và ranh giới phân vùng tách mạng, lắp đồng hồ tổng vùng và đồng hồ khu vực ta sẽ thu thập được cơ sở dữ liệu quan trọng để xây dựng chế độ chạy bơm của trạm bơm cấp II Đây là một vấn đề quan trọng vì trong thực

tế áp lực cao trong mạng không chỉ gây tốn kém năng lượng điện mà còn là nguyên nhân gây ra thất thoát nước

- Thực hiện các giải pháp quản lý, vận hành sau phân vùng một cách cụ thể: Phải lập ra các kế hoạch sửa chữa, cải tạo, thay thế mạng lưới và đồng hồ tiêu thụ từ những cụm cấp nước nhỏ trong một khu vực đến hết từng khu vực, để tránh ảnh hưởng đến cả vùng lớn

Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn chỉ giới hạn đến tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của mạng lưới cấp nước dựa trên nguồn nội lực với chi phí là thấp nhất như tận dụng tuyến ống hiện trạng đường kính lớn làm tuyến ống truyền dẫn,

bổ sung thêm các tuyến cấp II song song trong điều kiện bắt buộc theo cấu tạo và khả năng phân phối nước của mạng lưới, lắp đặt đồng hồ tổng khu vực, van giảm

áp, van chặn mà hầu như không đề cập đến việc thay thế đường ống cũ hoặc đòi hỏi cao về trình độ cũng như máy móc, thiết bị, phần mềm hỗ trợ, tuy nhiên cũng đem

90

lại những hiệu quả nhất định Khi có sự đầu tư mạnh mẽ hơn như hệ thống điều khiển tự động SCADA, hệ thống thông tin địa lý GIS, phần mềm quản lý khách hàng, quản lý và tính toán hóa đơn tiền nước, đào tạo nguồn nhân lực, ứng dụng KHKT tiến bộ thì chắc chắn hiệu quả hoạt động của hệ thống cấp nước nói chung còn tăng, đạt được mục tiêu trong kế hoạch cấp nước an toàn cũng như chương trình quốc gia phòng chống thất thoát thất thu nước sạch

Từ các sơ sở lý luận, thực tiễn cùng với việc phân tích đánh giá hiện trạng mạng lưới đường ống cấp nước và thực trạng tiêu thụ năng lượng điện hiện nay trên mạng lưới cấp nước thành phố Nam Định, tác giả đã đưa ra giải pháp phân vùng tách mạng phù hợp với điều kiện thành phố nhằm giảm bớt năng lượng điện tiêu thụ, song song với đó phân vùng tách mạng còn giúp bình ổn áp lực trên mạng lưới, giảm lượng nước rò rỉ, thất thoát, đem lại hiệu quả kinh tế cao cho nhà máy

Với giải pháp trên, tác giả mong muốn sẽ góp phần làm giảm năng lượng điện tiêu thụ trên mạng lưới cấp nước thành phố Nam Định, giảm lượng nước thất thoát, đem lại hiệu quả cao để phát triển nhà máy nước theo chiến lược phát triển bền vững

Kiến nghị

Tiết kiệm năng lượng điện trong công ty cấp nước là nhiệm vụ cực kỳ quan trọng và cấp thiết, đây là yếu tố đảm bảo cho sự phát triển bền vững của ngành cấp nước nói chung và Công ty TNHH MTV kinh doanh nước sạch Nam Định nói riêng

Trước thực trạng lượng nước thất thoát trên hệ thống cấp thành phố Nam Định đang còn khá cao như hiện nay (25%), năng lượng điện tiêu thụ trong giờ cao điểm còn lớn, bên cạnh các giải pháp về quản lý và thiết bị mà Công ty TNHH MTV kinh doanh nước sạch Nam Định đang triển khai thì Công ty nên tham khảo các kết quả của luận văn để triển khai biện pháp kĩ thuật phù hợp

UBND Thành phố Nam Định cần có cơ chế chính sách tạo điều kiện để Công ty TNHH MTV kinh doanh nước sạch Nam Định đầu tư và triển khai áp dụng