Nghiên cứu các giải pháp quản lý hợp lý hệ thống cấp nước và phát hiện rò rỉ của DMA q6 1001 thuộc khu vực phường 10, quận 6

Với giá bán bình quân khoảng 9100 đồng/m3, thì số tiền thất thoát là 0,997 tỉ đồng/ ngày và hơn 363 tỉ đồng/ năm, số liệu trên được liệt kê ở mục [1] tài liệu tham khảo.Vì vậy đề tài “Ng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ HỢP LÝ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC

VÀ PHÁT HIỆN RÒ RỈ CỦA DMA Q6-1001 THUỘC KHU VỰC PHƯỜNG 10

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS PHẠM VĂN SONG

Bộ môn quản lý: Cấp thoát nước

Tp HCM, tháng 02 năm 2018

Họ và tên: HUỲNH THANH NGUYÊN

Ngày sinh: 04/06/1984

Cơ quan công tác: Công ty Cổ phần Cấp nước Chợ Lớn

Tác giả đề tài: Nghiên cứu các giải pháp quản lý hợp lý hệ thống cấp nước và phát hiện rò rỉ của DMA Q6-1001 thuộc khu vực phường 10 quận 6

Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung và lời cam đoan này

Học viên thực hiện luận văn

Huỳnh Thanh Nguyên

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô Thầy Cô trong Khoa Thủy Văn Và Tài Nguyên Nước -Trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là PGS.TS Phạm Văn Song đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường giúp em hoàn thành đề tài luận văn

Bên cạnh đó, em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến phía Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn TNHH MTV và Chi nhánh Công ty Cổ phần Cấp nước Chợ Lớn đã cung cấp và tạo điều kiện cho em thu thập những dữ liệu quan trọng và số liệu cần thiết cũng như những thông tin hữu ích để em có thể hoàn thành đề tài này

Với những nỗ lực và cố gắng của bản thân trong quá trình thực hiện đề tài cũng khó tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm trong quá trình thực hiện luận văn Chính

vì vậy những ý kiến đóng góp từ Thầy Cô và kiến thức được trang bị trong quá trình học tập tại Trường sẽ là nền tảng, hành trang quý báu giúp em hoàn thiện hơn chuyên môn nghiệp vụ phục vụ công tác tại đơn vị góp phần hoàn thành nhiệm vụ sản xuất, cung cấp nước sạch an toàn, liên tục, chất lượng phục vụ nhân dân thành phố Hồ Chí Minh nói chung và Công ty Cổ phần Cấp nước Chợ Lớn nói riêng

Em xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018

Học viên thực hiện

Huỳnh Thanh Nguyên

Trang

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT x

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

5 Nội dung nghiên cứu 4

6 Kết quả dự kiến đạt được 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Tổng quan chung về các giải pháp kỹ thuật phòng chống rò rỉ, giải pháp thất thoát nước, giải pháp quản lý cho các hệ thống cấp nước 5

1.1.1 Tổng quan chung về thất thoát nước 5

1.1.2 Các giải pháp kỹ thuật trong công tác giảm nước thất thoát thất thu 12

1.1.3 Giải pháp quản lý hệ thống cấp nước 13

1.2 Tổng quan về hiện trạng hệ thống cấp nước khu vực nghiên cứu 16

1.2.1 Tổng quan về hiện trạng chung mạng lưới cấp nước của Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn TP.HCM 16

1.2.2 Hiện trạng mạng lưới cấp nước truyền dẫn (ống cấp 1, cấp 2) 17

1.2.3 Hiện trạng và giải pháp giảm thất thoát nước tại Công ty Cổ phần Cấp nước Chợ Lớn năm 2017 18

1.2.4 Khu vực nghiên cứu DMA Q6-1001 22

1.2.5 Những vấn đề đặt ra cần nghiên cứu 23

2.1 Cơ sở lý thuyết 25

2.1.1 Khái niệm về thất thoát, thất thu nước 25

2.1.2 Cơ sở lý thuyết về thất thoát cơ học 25

2.1.3 Cơ sở lý thuyết về thất thu 25

2.1.4 Một số công thức tính chỉ số thất thoát nước 26

2.1.5 Kỹ thuật giảm thất thoát nước 27

2.1.6 Cơ sở lý thuyết về các giải pháp chống rò rỉ 28

2.2 Giới thiệu phần mềm thủy lực 31

2.2.1 Giới thiệu phần mềm thủy lực Epanet 31

2.2.2 Giới thiệu phần mềm thủy lực Watergems 32

2.2.3 So sánh tính năng phần mềm thủy lực 37

2.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống 39

2.3.1 Tích hợp GIS và mô hình thủy lực trong quản lý đường ống cấp nước 39

2.3.2 Kết quả tích hợp GIS và mô hình thủy lực 40

2.3.3 Các thành phần vật lý và phi vật lý của mạng lưới cần khai báo khi chạy mô hình……… 41

2.3.4 Các công thức tính toán trong mô hình 44

2.4 Giới thiệu về công tác thiết kế DMA 50

2.4.1 Các chỉ tiêu thiết kế DMA 51

2.4.2 Kích cỡ DMA và vấn đề kinh tế 52

2.4.3 Lập kế hoạch và thiết kế DMA 53

2.4.4 Dùng mô hình thủy lực phân vùng tách mạng các DMA 54

2.4.5 Chọn đồng hồ tổng 55

2.4.6 Thiết lập DMA 56

2.4.7 Vận hành DMA 59

2.5 Xây dựng mô hình thủy lực mạng lưới hệ thống đường ống cấp nước cho khu

vực DMA Q6-1001 thuộc khu vực phường 10 quận 6 59

2.5.1 Chuẩn hóa và xây dựng cơ sở dữ liệu 59

2.5.2 Tích hợp mô hình thủy lực và GIS 74

2.5.2.1 Trình tự tạo lập mô hình trên watergems 74

2.5.2.2 Dữ liệu yêu cầu 81

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 83

3.1 Kết quả thực hiện mô phỏng thủy lực 83

3.1.1 Trình tự thực hiện mô phỏng áp lực, lưu lượng 83

3.1.2 Đánh giá sai số mô hình 97

3.1.3 Trình tự thực hiện phân tích dự báo các điểm rò rỉ 103

3.1.4 Kết quả dự báo khu vực rò rỉ bằng công cụ Darwin Calibrator 110

3.1.5 Kiểm chứng kết quả mô hình 115

3.1.6 Các thành phần ảnh hưởng đến sai số mô hình 115

3.1.7 Trình tự mô phỏng nồng độ clo 116

3.1.8 Kết quả mô phỏng nồng độ Clo 120

3.2 Đề xuất giải pháp giảm thất thoát nước 122

3.3 Đề xuất giải pháp áp dụng mô hình quản lý mạng lưới cấp nước thông minh trên mạng lưới cấp nước 126

3.3.1 Mô hình cấp nước thông minh 126

3.3.2 Kết nối hệ thống SCADA 128

3.3.3 Tích hợp phần mềm quản lý trên GIS 131

3.3.4 Kết nối các phần mềm quản lý thành một hệ thống thống nhất 134

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 137

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1: Minh họa về khu vực DMA 11

Hình 1 2: Thống kê các chủng loại ống cấp nước trên mạng lưới cấp nước Tp.HCM 17 Hình 1 3: Địa bàn do Công ty Cồ phần Cấp nước Chợ Lớn quản lý 18

Hình 1 4: Quy trình đọc số bằng phương pháp tự động 20

Hình 1 5: Quy trình đọc số bằng phương pháp thủ công 20

Hình 1 6: Giao diện Web quản lý đồng hồ tổng 20

Hình 1 7: Khu vực nghiên cứu DMA Q6-1001 22

Hình 1 8: Tích hợp trong quản lý 24

Hình 2 1: Sơ đồ kết nối đồng hồ lưu lượng, van điều áp, thiết bị điều tiết áp lực 30

Hình 2 2: Đưa dữ liệu CAD vào ArcMap 60

Hình 2 3: Chọn lớp dữ liệu CAD cần nắn chỉnh 60

Hình 2 4: Dữ liệu CAD sau khi nắn chỉnh 61

Hình 2 5: Chuyển đổi dữ liệu từ định dạng CAD sang GIS 62

Hình 2 6: Các bước đăng ký tọa độ cho dữ liệu 63

Hình 2 7: Kết quả sau khi đăng ký tọa độ Tp.HCM – VN2000 63

Hình 2 8: Kiểm tra tính đồng nhất Layer 64

Hình 2 9: Kết quả chồng phủ dữ liệu 68

Hình 2 10: Quy trình cập nhật dữ liệu thuộc tính 69

Hình 2 11: Quy trình chuyển đổi hệ tọa độ từ VN2000 sang WGS84 70

Hình 2 12: Chuyển đổi định dạng * shp sang KML 72

Hình 2 13: Quy trình mô phỏng 73

Hình 2 14: Tạo mới một Project trong WaterGEMS 74

Hình 2 15: Tạo mới Geodatabase cho Project 74

Hình 2 16: Công cụ ModelBuilder 75

Hình 2 17: Hộp thoại ModelBuilder Wizard và các dữ liệu đưa vào mô hình 76

Hình 2 18: Khai báo thuộc tính dữ liệu 77

Hình 2 19: Mô hình được tạo lập trên GIS 79

Hình 2 20: Bảng LoadBuilder 80

Hình 2 21: Khai báo các lớp dữ liệu 80

Hình 2 22: Bảng thông báo kết quả tạo vòi nối 81

Hình 2 23: Các vòi được tạo kết nối giữa đồng hồ khách hàng và ống phân phối 81

Hình 3 1: Mô hình số độ cao DEM 83

Hình 3 2: Hộp thoại TRex Wizard 84

Hình 3 3: Độ cao tại các nút từ tính toán của TRex 84

Hình 3 4: Sản lượng đồng hồ khách hàng được quản lý trên Excel 85

Hình 3 5: Bảng ModelBuilder Wizard 86

Hình 3 6: Khai báo key filed và đơn vị cho bảng Excel 86

Hình 3 7: Bảng thông báo kết quả sản lượng khách hàng đã đươc updated 87

Hình 3 8: Kết quả đưa sản lượng vào đồng hồ tổng 87

Hình 3 9: Bảng thuộc tính của hồ chứa 88

Hình 3 11: Thiết lập áp lực ban đầu cấp vào mạng lưới 89

Hình 3 12: Thiết lập hệ số patterm cho van 91

Hình 3 13: Gắn hệ số Multiplier cho van 91

Hình 3 14: Khai báo hệ số sử dụng nước không điều hòa tại khách hàng 93

Hình 3 15: Gắn hệ số patterm cho khách hàng 93

Hình 3 16: Chọn thời gian phân tích 94

Hình 3 17: Kết quả áp lực, sản lượng tại nút 95

Hình 3 18: Kết quả lưu lượng 95

Hình 3 19: Bảng chọn thông tin cần xem 96

Hình 3 20: Biểu đồ áp lực tại nút cần xem 96

Hình 3 21: Kết quả áp lực dưới dạng số 97

Hình 3 22: So sánh kết quả mô hình và thực tế qua scadaconnectsimulator ở vị trí số 69 Đường Số 55 101

Hình 3 23: So sánh kết quả mô hình và thực tế qua scadaconnectsimulator ở giao lộ Đường Số 88 – Đường Số 55 102

Hình 3 24: Định Hộp thoại Darwin Calibrator 105

Hình 3 25: Khai báo file Snapshots trong ModelBuilder 106

Hình 3 26: Khai báo Observed trong ModelBuilder 106

Hình 3 27: Kết quả sau khi đưa dữ liệu vào Darwin Calibrator 107

Hình 3 28: Cửa sổ Demand Groups 108

Hình 3 29: Kết quả sau khi Selection Set 108

Hình 3 30: Khai báo các thông số trong cửa sổ Demand 108

Hình 3 31: Khai báo thông số trong Tap Options 109

Hình 3 32: Thực thi phân tích rò rỉ bằng công cụ Darwin Calibrator 109

Hình 3 33: Kết quả sau khi phân tích bằng công cụ Darwin Calibrator 110

Hình 3 34: Hệ số Fitness của các Solution tại thời điểm 0h 110

Hình 3 35: Hệ số Fitness của các Solution tại thời điểm 2h 111

Hình 3 36: Hệ số Fitness của các Solution tại thời điểm 4h 111

Hình 3 37: Kết quả của Solution 1 tại thời điểm 0h 111

Hình 3 38: Dự báo các vị trí rò rỉ lúc 0h (Fitness = 23,131) 112

Hình 3 39: Kết quả của Solution 1 tại thời điểm 2h 112

Hình 3 40: Dự báo các vị trí rò rỉ lúc 2h (Fitness = 18,996) 113

Hình 3 41: Kết quả của Solution 1 tại thời điểm 4h 113

Hình 3 42: Dự báo các vị trí rò rỉ lúc 4h (Fitness = 8,440) 114

Hình 3 43: Bảng Constituents 117

Hình 3 44: Thiết lập nồng độ ban đầu tại bể chứa 118

Hình 3 45: Cửa sổ thiết lập Calculation Option 118

Hình 3 46: Cửa sổ thiết lập kịch bản 119

Hình 3 47: Bảng kết quả nồng độ Clo 120

Hình 3 48: Bảng Color Coding – Thiết lập thông số hiển thị màu 121

Hình 3 49: Kết quả thể hiện sự lan truyền nồng độ Clo trong mạng lưới 121

Hình 3 50: Nồng độ Clo trên tuyến ống lúc 11h 122

Hình 3 51: Hệ thống quản lý mạng lưới cấp nước toàn diện 124

Hình 3 52: Mô hình cấp nước thông minh 127

Hình 3 54: Kết nối SCADA Element ứng với từng vị trí cần giám sát 129

Hình 3 55: Kết quả so sánh áp lực mô phỏng và áp lực thực tế thông qua kết nối SCADA tại vị trí số 69 Đường Số 55 130

Hình 3 56: Phần mềm quản lý tích hợp trên GIS 132

Hình 3 57: Công cụ quản lý tài sản mạng lưới tích hợp trên GIS 132

Hình 3 58: Công cụ quản lý tài sản hỗ trợ tìm kiếm và thống kê tài sản trên mạng lưới cấp nước 133

Hình 3 59: Tiếp nhận sự cố và nhập thông tin sự cố 133

Hình 3 60: Hiển thị thông tin sự cố 134

Hình 3 61: Kết nối hệ thống 134

Hình 3 62: Quản lý tài sản mạng lưới trên WebGIS 135

Hình 3 63: Quản lý sự cố trên WebGIS 135

Hình 3 64: Hiển thị kết quả mô phỏng thủy lực (áp lực, lưu lượng, chất lượng) trên WebGIS 135

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1: Bảng cân bằng nước của Hiệp hội Nước Quốc tế 5

Bảng 1 2: Các dự án nghiên cứu thất thoát nước tại Tp Hồ Chí Minh 9

Bảng 2 1: Bảng phân cấp đồng hồ nước theo giá trị lưu lượng 26

Bảng 2 2: So sánh phần mềm EPANET và WaterCAD/WaterGEMS 37

Bảng 2 3: Các công thức tính tổn thất cột nước trong ống chảy đầy 46

Bảng 2 4: Các hệ số nhám cho ống 46

Bảng 2 5: Hệ số tổn thất cục bộ 47

Bảng 2 6: Mô tả chi tiết các lớp dữ liệu nền 65

Bảng 2 7: Mô tả chi tiết các lớp dữ liệu chuyên đề mạng lưới cấp nước 66

Bảng 3 1: Hệ số biến thiên áp lực 90

Bảng 3 2: Bảng hệ số biến thiên nhu cầu sử dụng nước 92

Bảng 3 3: So sánh sai số áp lực giữa mô hình và thực tế tại các nút 69 Đường Số 55, TCH trước số 77 Đường Số 61, Số 77 Trần Văn Kiểu, Giao lộ Lý Chiêu Hoàng – Trần Văn Kiểu, Giao lộ Đường Số 88 – Đường Số 35 98

Bảng 3 4: Định dạng trên Excel của dữ liệu Field Snapshot 104

Bảng 3 5: Định dạng trên Excel của dữ liệu Observed 105

Bảng 3 6: Bảng thông số Clo 117

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

SAWACO SaiGon Water Corporation Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn

SCADA Supervisory Control And Data

RTU Remote Terminal Unit Thiết bị đầu cuối

HMI Human-Machine-Interface Giao diện người – máy

RAM Random access Memory Bộ nhớ trong

CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

SMS Short Message Services Dịch vụ tin nhắn ngắn

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ dữ liệu di động dạng gói MODEM Modulator/Demodulator Điều biến/Giải điều biến

TCP/IP Transmission Control

Protocol/Internet Protocol Bộ giao thức liên mạng DMA District Meter Area Khu vực đồng hồ tổng

GIS Geographic Information

Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

WaterCAD Water Distribution Modeling

and Analysis Software Phần mềm thủy lực WaterCAD

WaterGEMS

Water Geographic Engineering Modeling Systems

Phần mềm thủy lực WaterGEMS

WebGIS

Giải pháp Client – Server cho phép quản lý, phân tích, cập nhật, phân phối thông tin bản đồ và GIS trên Internet

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống cung cấp nước sạch thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM) được xây dựng

từ thời Pháp thuộc, phát triển không đồng bộ qua các thời kỳ Bắt đầu là hệ thống cấp nước nhỏ Sài Gòn- Gia Định, hiện nay công suất cấp nước 1.8 triệu m3 /ngày đêm và

sẽ lên đến 2,5 triệu m3 /ngày đêm trong tương lai gần và đến 4-5 triệu m3 / ngày đêm

do chính phủ phê duyệt Tình hình biến đổi khí hậu, nước biển dâng, ô nhiễm gây ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước thô cho các nhà máy xử lý nước hiện tại và tương lai

Hệ thống đường ống cỡ lớn truyền tải nước sạch và hệ thống đường ống phân phối nước sạch của 6 vùng cấp nước Tp HCM đan xen phức tạp, xuống cấp, cập nhật không đầy đủ, không thể quản lý dẫn đến rò rỉ ngầm, tỷ lệ thất thoát nước rất cao đến 40% -50%, ảnh hưởng rất lớn đến việc cung cấp nước sạch cho Tp HCM

Tp HCM có dân số hiện tại là khoảng 9 triệu người, dự kiến đến năm 2025 dân

số dự kiến sẽ là 10 triệu người thường trú và 2,5 triệu người vãng lai cho toàn bộ 24 quận, huyện Hệ thống cấp nước Tp HCM được hình thành từ thời Pháp thuộc, trải qua thời gian dài sử dụng, không đồng bộ về vật liệu và chủng loại cũng như mạng lưới cấp nước trải ra trên một diện tích rộng Mạng lưới truyền dẫn khoảng 4500 km đường ống có DN ≥ 100mm, cung cấp 1,8 triệu m3 nước sạch cho cả thành phố, và tỉ

lệ thất thoát khoảng 38,42% lượng nước sạch tương ứng thất thoát 691560 m3/ngày Với giá bình quân 8000 đồng/m3, thì số tiền thất thoát là 5,53 tỉ đồng/ ngày và hơn

2018 tỉ đồng/ năm và gây lãng phí tài nguyên nước Đường ống chiếm cũ mục tuổi thọ

> 30 năm hơn 38%, vì đã cũ mục nên lượng nước rò rỉ ở mức cao Công tác chống thất thoát nước đem lại lợi ích kinh tế, tiết kiệm nguồn tài nguyên nước quý giá khi mà khí hậu ngày càng khắc nghiệt và tình trạng thiếu nước sạch, giảm chi phí xử lý và giảm nguồn nước bổ sung thêm, tránh phát triển nguồn cung cấp mới, ngăn ngừa thiệt hại khi sự cố rò rỉ gây ra thiệt hại lớn hơn… đề tài nghiên cứu nhằm đưa giải pháp quản lý hợp lý hệ thống cấp nước và phát hiện rò rỉ nhằm chống thất thoát nước cho hệ thống cung cấp nước sạch Tp HCM, là đề tài cấp thiết hiện nay

Hiện nay tỉ lệ thất thoát nước trung bình của đơn vị cấp nước Chợ Lớn khoảng 28,09% lượng nước sạch (năm 2016) tương ứng thất thoát 109551 m3/ngày Với giá bán bình quân khoảng 9100 đồng/m3, thì số tiền thất thoát là 0,997 tỉ đồng/ ngày và hơn 363 tỉ đồng/ năm, số liệu trên được liệt kê ở mục [1] tài liệu tham khảo.

Vì vậy đề tài “Nghiên cứu các giải pháp quản lý hợp lý hệ thống cấp nước và phát hiện rò rỉ của DMA q6-1001 thuộc khu vực phường 10 quận 6” là hết sức cần thiết, mang lại hiệu quả kinh tế, góp phần bảo vệ nguồn nước và môi trường, tăng tỉ lệ người dân được dùng nước sạch, nâng cao chất lượng cuộc sống người dân Đặc biệt kết quả nghên cứu được ứng dụng rộng rãi giúp cho việc giảm thiều tỉ lệ thất thoát nước tại công ty cũng như các đơn vị cấp nước khác một cấp hiệu quả

Đối tượng nghiên cứu và số liệu khu vực DMA Q6-1001 thuộc khu vực Phường

10 quận 6: Khu vực này nước vào qua hai đồng hồ tổng hiệu ISOMAG, DN150 Tổng chiều dài mạng lưới cấp nước trong khu vực 5.302m, khu vực chủ yếu là sử dụng ống uPVC Tổng số đồng hồ con: 1.774 đồng hồ nước Áp lực trung bình 0,5 bar ÷ 0,8 bar

2 Mục tiêu của đề tài

Xây dựng cơ sở dữ liệu và ứng dụng phần mềm watergems để chạy chương trình

mô phỏng chế độ thủy lực cho DMA Q6-1001 thuộc khu vực phường 10, quận 6, Tp

Hồ Chí Minh Từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật phòng chống rò rỉ và quản lý hợp lý hệ thống cấp nước

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là mạng lưới đường ống cấp nước, biện pháp phòng chống

rò rỉ thất thoát nước và mô hình thủy lực tại Công ty Cổ phần Cấp nước Chợ Lớn

Đề tài tập trung nghiên cứu DMA Q6-1001 thuộc khu vực phường 10 quận 6 trong vấn đề phát hiện rò rỉ và đưa ra các giải pháp quản lý hợp lý hệ thống cấp nước trong khu vực DMA

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận thực hiện:

Vấn đề nghiên cứu các là vấn đề về quản lý cấp nước, phòng chống rò rỉ cho hệ thống cấp nước nói chung là những vấn đề đã có nhiều kết quả nghiên cứu trên thế giới và ở Việt nam nên luận văn sử dụng cách tiếp cận kế thừa/ứng dụng, chọn lọc những kiến thức khoa học, công nghệ về giải pháp kỹ thuật quản lý hệ thống cấp nước Vấn đề nghiên cứu được xem xét tiếp cận một cách toàn diện, hệ thống, thực tiễn

và tổng hợp

Vấn đề kỹ thuật quản lý hệ thống đường ống cũng như phòng chống rò rỉ thất thoát là các vấn đề được ràng buộc lẫn nhau, vì vậy cách tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết sẽ được xem xét sử dụng trong luận văn

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Điều tra, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài

Phương pháp mô hình mô phỏng: Sử dụng công cụ phần watergems mô phỏng dòng chảy trong hệ thống đường ống Căn cứ vào kết quả mô phỏng trên mô hình toán tính toán thủy lực mạng lưới (chiều dài, đường kính, nhu cầu tiêu thụ tại nút, cao độ nút, áp lực tại nút, chất lượng nước), từ đó đề xuất các pháp trên hệ thống nhằm kiểm soát lưu lượng và áp lực của DMA Q6-1001 thuộc khu vực phường 10 quận 6

Đề tài sẽ ứng dụng công cụ mô hình toán tính toán thủy lực mạng lưới (chiều dài, đường kính, nhu cầu tiêu thụ tại nút, cao độ nút, áp lực tại nút, chất lượng nước), từ đó

đề xuất các pháp trên hệ thống nhằm kiểm soát lưu lượng và áp lực của DMA

Q6-1001 thuộc khu vực phường 10 quận 6

Phương pháp chuyên gia: Tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước, ý kiến của các nhà khoa học có trình độ chuyên môn cao và nhiều kinh nghiệm thực tế trong quá trình nghiên cứu

5 Nội dung nghiên cứu

Điều tra, thống kê và tổng hợp về hiện trạng mạng lưới cấp nước và các giải pháp

kỹ thuật phòng chống rò rỉ thất thoát nước

Phân tích, đánh giá nguyên nhân thất thoát nước và các giải pháp thực hiện về công tác giảm thất thoát nước

Xây dựng các lớp dữ liệu chuyên đề và tích hợp mô hình thủy lực và GIS

Ứng dụng phần mềm watergems để chạy chương trình mô phỏng chế độ thủy lực

để phân tích nguy cơ rò rỉ và đề xuất các giải pháp quản lý hợp lý hệ thống cấp nước trong khu vực DMA

6 Kết quả dự kiến đạt được

Tổng quan chung về các giải pháp kỹ thuật phòng chống rò rỉ, giải pháp và thất thoát nước, giải pháp quản lý cho các hệ thống cấp nước

Đánh giá hiện trạng hệ thống cấp nước hiện trạng hệ thống cấp nước cho khu vực

Tp Hồ Chí Minh và khu vực nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết và áp dụng chương trình mô hình thủy lực WaterGems vào tính toán tối ưu hóa hệ thống cấp nước và phát hiện rò rỉ của DMA Q6-1001 thuộc khu vực phường 10 quận 6 ứng với các trường hợp vận hành bất lợi

Đánh giá hiện trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp vận hành hệ thống cấp nước một cách hiệu quả

Bảng 1 1: Bảng cân bằng nước của Hiệp hội Nước Quốc tế

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: (i) thất thoát (cơ học, do rò rỉ trên mạng lưới cấp nước từ các điểm bể nổi và bể ngầm)

và (ii) thất thu (ảnh hưởng từ các đối tượng tiêu thụ nước sạch, các ảnh hưởng do điều kiện kỹ thuật và đo lường dẫn đến sai số của thiết bị đo)

Nước thất thoát thất thu là lượng nước sạch sau khi được xử lý tại các nhà máy đưa vào mạng lưới cấp nước nhưng không thu được tiền

 Các thành phần của nước thất thoát thất thu

Nước tiêu thụ hợp pháp nhưng không thu được tiền là lượng nước tiêu thụ hợp pháp nhưng không thu được tiền Lượng nước này chỉ có thể giảm được khi thay đổi chính sách Tuy không thu được tiền nhưng cần ghi nhận lượng nước này để tính toán các thành phần trong bảng cân bằng nước Lượng nước này bao gồm:

 Nước chữa cháy

 Nước súc xả đường ống trong công tác bảo trì mạng lưới

 Nước dùng trong công tác lắp đặt đồng hồ miễn phí cho khách hàng

 Các điểm uống nước công cộng miễn phí…

 Thất thoát vô hình (hay Thất thoát thương mại) là lượng nước mất đi do:

 Sai số đồng hồ khách hàng (đồng hồ thiếu chính xác, cỡ đồng hồ không phù hợp với mức tiêu thụ của khách hàng …)

 Sai sót trong quá trình đọc số đồng hồ nước

 Sai sót trong quá trình xử lý số liệu (lỗi nhập liệu sai, khách hàng dùng nước nhưng chưa có danh bộ …)

 Do khách hàng gian lận, dùng nước bất hợp pháp (khách hàng tác động vào đồng hồ để ghi nhận lượng nước dùng thấp hơn thực tế, đấu nối nước bất hợp pháp không qua đồng hồ …)

Thất thoát hữu hình (hay Thất thoát cơ học/vật lý) là lượng nước mất đi trên hệ thống mạng lưới đường ống, phần nước này thường tồn tại dưới dạng bể ống hoặc rò rỉ:

 Trên ống chuyền tải và ống phân phối

 Trên ống dịch vụ trước khi vào nhà khách hàng

 Nền và tường của các bể chứa dịch vụ

 Tràn nước qua bể chứa cung như tháp cắt áp trong khu vực

 Ý nghĩa của việc giảm thất thoát nước

Khai thác bền vững tài nguyên 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

Kinh tế - Tiết kiệm năng lượng

Bảo vệ môi trường: giảm lượng điện năng, hóa chất sử dụng sản xuất nước sạch góp phần giảm ô nhiễm môi trường

Bảo vệ hạ tầng

 Thực trạng và các nghiên cứu thất thoát nước ở ngoài nước

Hơn 1/3 lượng nước sạch được khai thác hiện nay lại bị thất thoát, rò rỉ bởi mạng lưới cung cấp nước sạch đô thị trước khi đến đối tượng sử dụng nước Tỷ lệ thất thoát nước ở các nước đang phát triển rất cao gấp 2,33 lần so với các nước phát triển Ở một

số nước phát triển như Đan Mạch, Đức, Nhật thì tỷ lệ thất thu gần như bằng không, và chỉ còn tỷ lệ thất thoát do kỹ thuật

Tổng quan các nghiên cứu, dự án quốc tế về giảm thất thoát nước được liệt kê ở mục [3] tài liệu tham khảo:

 Dự án Cape Town (South Africa): Sử dụng van giảm áp để giảm thiểu rò rỉ Kết quả: Giảm chi phí sản xuất nước 8,3 triệu USD/ năm

 Dự án Manila water (Philippines): Sử dụng hệ thống biến tần điều khiển bơm nhằm kiểm soát lưu lượng và áp lực Kết quả: Giảm chi phí sản xuất nước 11.588 USD mỗi năm

 Dự án Phnom Penh (Cambodia): Cải cách về bộ máy cấp nước, khuyến khích nhân viên, lắp đặt đồng hồ nước cho tất cả các khách hàng, giảm thiểu thất thu nước bằng cách thành lập đoàn kiểm tra ngăn chặn gian lận của khách hàng

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

là Xây dựng bảng cân bằng lượng nước đưa vào mạng; Phân vùng, tách mạng hợp lý

để quản lý; Vận hành trạm bơm phù hợp với chế độ dùng nước trên mạng lưới; Điều chỉnh và kiểm soát được áp lực, lưu lượng nước; Thay thế ngay các đường ống cũ đã xuống cấp; Không ngừng nâng cấp các thiết bị dò tìm các điểm rò rỉ; Ứng dụng công nghệ thông tin vào quản lý mạng lưới; Thường xuyên đào tạo nhân viên quản lý để nâng cao ý thức và kỹ năng tay nghề

Tình hình thất thoát nước tại Việt Nam: Tính đến cuối năm 2012, Việt Nam có

765 đô thị, 68 công ty cấp nước chính, tổng công suất thiết kế 6,60 ÷ 6,65 triệu m3/ngđ; Tỷ lệ thất thoát, thất thu nước sạch bình quân khoảng 28÷29% Tổng lượng nước sạch thất thoát, thất thu là 1.869.708 m3/ngđ (2011)

Thất thoát nước tại Thành phố Hồ Chí Minh: Mạng lưới cấp nước Tp HCM đang trong tình trạng xuống cấp với tỷ lệ thất thoát nước cao: 38,42% (2011), 36,54% (2012) và 34% (2013) Tp.HCM hiện cung cấp khoảng 1,7 triệu m3 nước sạch vào mạng lưới cấp nước Với tỷ lệ thất thoát 34% (năm 2013), lượng thất thoát là 578.000m3/ngày Tp.HCM đã thực hiện nhiều biện pháp để cải thiện và từng bước hạ dần tỉ lệ thất thoát nước sạch Các dự án chống thất thoát nước đã được tiến hành từ những năm 2003 cho đến hiện nay nhưng vẫn chưa đạt được kết quả khả quan

 Các nguyên nhân gây thất thoát nước sạch tại Thành Phố Hồ Chí Minh

Thất thoát cơ học: Do nguyên nhân kỹ thuật: không tuân thủ cấu tạo phân cấp mạng lưới, thực hiện nối tắt vào mạng cấp 1 và mạng cấp 2 làm cho áp lực trong mạng lưới phân phối nước sạch tương đương với mạng lưới truyền tải và phân phối gây thừa

áp lực trên mạng lưới phân phối Thành Phố Hồ Chí Minh (Tp HCM) làm bể ống và tái xuất hiện điểm bể; Tác động từ xây dựng các cơ sở hạ tầng đô thị; Do các mối nối (vật liệu, phương pháp nối), rò rỉ ở các van khóa, thiết bị; Do không xử lý kịp thời các

sự cố vỡ ống,

Thất thu: Do tác động từ đối tượng sử dụng nước (đấu nối trước đồng hồ, vô hiệu hóa đồng hồ, tác động nhân viên của công ty nước để ghi số lượng sử dụng nước thấp

Các nguyên nhân khác: Biểu giá nước, công tác khảo sát – thiết kế, công tác thi công (cả thi công tuyến cấp nước và thi công hạ tầng đô thị), công tác quản lý (quản lý mạng lưới, trạm bơm )

các giải pháp để giảm thiểu” do FLUIDIS

(France) tiến hành trên vùng thực nghiệm

An Điền – An Phú (Thảo Điền)

Việc phân tích-tìm kiếm nguyên nhân tốn nhiều thời gian và chi phí… Việc tìm kiếm điểm rò rỉ còn thủ công, chưa có kết quả giảm thất thoát nước thật sự

Dự án Nghiên cứu quản lý thất thoát nước

cho công ty Cấp Nước Gia Định (NRW

Management in the Gia Định) tại 2 quận

Phú Nhuận và ia Định do MIYA (Israel) và

MAYNILAD (Philippines) phối hợp thực

hiện cuối năm 2010

Phương pháp điều áp ít có hiệu quả với các vùng có áp lực thấp, nên tiến hành các biện pháp dò tìm rò rỉ và khắc phục điểm bể, đồng thời thực hiện cải tạo các tuyến ống đã cũ mục, tuy nhiên chi phí đầu tư cao và khả năng thu hồi chi phí không khả thi

Dự án giảm TTN Tp.HCM–do WORLD

BANK tài trợ thực hiện trên khu vực trung

tâm Tp.HCM

Trọng tâm là thiết lập DMA để kiểm soát nước thất thoát kết hợp với cải tạo mạng lưới, dò tìm và khắc phục

rò rỉ, cũng như thay thế các đồng hồ đo… dự án mang lại hiệu quả rõ rệt

Dự án vùng thí điểm giảm nước không

doanh thu USP Hà Lan hợp tác giữa USP

Hà Lan và SAWACO nghiên cứu thí điểm

giảm thất thoát nước tại Tp.HCM trong giai

đoạn tháng 5/2008 đến tháng 5/2009

Nghiên cứu này chú trọng đến quản

lý, và sử dụng rất nhiều nhân sự Tuy nhiên hiệu quả về giảm thiểu thất thoát nước không cao và mang tính thủ công

Bảng 1 2: Các dự án nghiên cứu thất thoát nước tại Tp Hồ Chí Minh

 Dự báo diễn biến thất thoát nước tại Tp HCM và các phương pháp chống thất thoát nước:

Trong bối cảnh mạng lưới cấp nước ngày càng xuống cấp, công tác chống thất thoát nước còn nhiều hạn chế về kỹ thuật và tài chính, việc xây dựng các nhà máy nước mới làm gia tăng áp lực mạng lưới, gây nguy cơ biến lượng nước cấp mới này thành lượng nước thất thoát Cần nhanh chóng nghiên cứu, tìm ra giải pháp để gấp rút giảm thiểu thất thoát nước Cùng với sự phát triển về công nghệ, phương pháp điều tiết

phương pháp điều tiết áp lực theo nhiều tham số khác nhau (lưu lượng sử dụng, áp lực điểm bất lợi, thời gian phục vụ ) làm giảm đáng kể tỷ lệ thất thoát nước so với phương pháp điều tiết áp lực cũ

Các phương pháp chống thất thoát nước:

 Phương pháp Cụm cấp nước có kiểm soát (District Metering Area-DMA): Mạng cấp nước được cô lập kín với một nguồn vào duy nhất (có thể có nhiều nguồn vào hơn nhưng phải kiểm soát được lưu lượng vào mạng), sử dụng đồng

hồ tổng để đo đếm lưu lượng nước vào mạng DMA giúp quản lý và kiểm soát thất thoát nước

 Phương pháp tổng hợp (Methodologie General): Xây dựng vùng chống thất thoát cỡ lớn, xác định lại các khả năng gây thất thoát nước, từ đó thực hiện các giải pháp nhằm chống thất thoát nước Phương pháp này không kiểm soát đo đếm mà theo xu hướng giữ nguyên hiện trạng mạng lưới và giảm thiểu tối đa tác động thay đổi cấu trúc mạng lưới

 Phương pháp CareTaker: Trọng tâm là thiết lập các nhóm công nhân quản lý từng khu vực và có trang bị các thiết bị dò tìm, sửa chữa rò rỉ, chú trọng huấn luyện kỹ năng dò tìm, sửa chữa rò rỉ…

 Phương pháp điều tiết áp lực cố định (bị động): Phương pháp này thường được

sử dụng tại các đầu vào của các mạng cấp II, III và về sau được dùng cho cả các DMA nhằm mục đích giảm áp lực

 Phương pháp điều tiết áp lực chủ động: Phương pháp này cũng điều tiết áp lực tại đầu vào của mạng lưới theo áp lực mong muốn, tuy nhiên áp lực sau van điều tiết không cố định mà luôn được điều chỉnh tùy theo lưu lượng sử dụng và

áp lực yêu cầu tại điểm cuối nguồn (điểm bất lợi)

 Khu vực đồng hồ tổng DMA

Khu vực đồng hồ tổng DMA (District Metering Area) là một khu vực riêng biệt của mạng lưới phân phối, thường được thiết lập bằng cách đóng van biên hoặc tách rời

Hình 1 1: Minh họa về khu vực DMA

Nguyên tắc cơ bản của công tác quản lý DMA là sử dụng và phân tích số liệu từ nguồn nước đưa vào (lưu lượng, áp lực) và lượng nước khách hàng tiêu thụ để xác định lượng nước thất thoát thất thu trong một khu vực đã được xác định cũng như nhận biết có điểm xì bể mới Việc thiết lập DMA sẽ cho phép đánh giá được mức độ thất thoát của từng DMA để có những ưu tiên giảm thất thoát nước cho các DMA có mức

độ thất thoát cao Bằng cách kiểm soát lưu lượng cấp vào DMA ta có thể nhận biết có các điểm xì bể mới, nhờ đó có thể duy trì lượng nước thất thoát ở mức tối ưu Do đó DMA không làm giảm rò rỉ, nó chỉ giúp tìm kiếm rò rỉ dễ dàng hơn

Thất thoát được xác định một cách chính xác nhất khi khách hàng tiêu thụ tối thiểu, thường xảy ra vào ban đêm

 Rò rỉ ngầm/bể ngầm (Unreported Leakage): nằm trong lòng đất không thể nhìn thấy Có thể phát hiện thông qua chương trình dò bể và có thời gian nhận biết dài

 Rò rỉ nổi/bể nổi (Reported Leakage): các điểm bể bể nhìn thấy được, do đó có thể nhận biết nhanh chóng bởi khách hàng hay từ các nhân viên trong công ty Dạng này có thời gian nhận biết ngắn

Bốn yếu tố chính trong quản lý rò rỉ: quản lý áp lực, quản lý hạ tầng (Đường ống, van, trụ cứu hỏa, phụ tùng…), kiểm soát rò rỉ chủ động và tốc độ và chất lượng sửa chữa rò rỉ

Trong đó quản lý áp lực cũng là yếu tố quan trọng trong công tác thực hiện giảm thiểu và duy trì tỷ lệ thất thoát nước ở mức thấp trên mạng lưới Với DMA sẽ giúp tạo

ra hệ thống quản lý áp lực cố định, như vậy khi giảm áp lực trong DMA sẽ giảm lượng thất thoát nền, lượng nước thất thoát qua các điểm bể và tần suất bể hàng năm

1.1.2 Các giải pháp kỹ thuật trong công tác giảm nước thất thoát thất thu

Đẩy mạnh thiết lập, kiểm soát và thực hiện giảm thất thoát nước theo DMA Tăng cường công tác quản lý chất lượng thi công

Tăng cường quản lý, nâng cao chất lượng vật tư

Thực hiện giảm nước thất thoát chủ động:

 Bảo trì và sửa chữa kịp thời đồng hồ tổng DMA để chủ động giảm thất thoát nước

 Khi phát triển mạng lưới cấp nước mới phải thiết lập DMA để chủ động giảm thất thoát nước

 Kiểm soát rò rỉ chủ động: đóng van bước, theo dõi lưu lượng ban đêm, phân vùng dò tìm rò rỉ…

Đẩy mạnh công tác dò tìm và sửa bể kịp thời, đúng kỹ thuật và phát hiện, ngăn

Thực hiện cải tạo, sửa chữa ống cũ mục

Triển khai thực hiện lắp đặt và di dời đồng hồ nước khách hàng ra ngoài khuôn viên bất động sản theo thứ tự ưu tiên có chọn lọc tại những khu vực nâng cấp đường, khu vực có tỷ lệ thất thoát cao

Thường xuyên thực hiện công tác thay thế các đồng hồ nước hết niên hạn sử dụng và chạy sai

Tăng cường công tác quản lý mạng lưới

Quản lý thông tin, dữ liệu qua hệ thống SAWAGIS kết hợp với kiểm soát mô hình thủy lực mạng lưới hệ thống cấp nước

Quản lý, kiểm soát hệ thống đo điếm sản lượng nước chặt chẽ và minh bạch Giảm thất thoát nước vô hình

Giảm thiểu lượng khách hàng dung nước dưới 4m3/tháng và theo dõi, phân tích, sản lượng khách hàng có tiêu thụ bất thường, đặc biệt là các khách hàng lớn như nhà hàng, khách sạn, khu công nghiệp…

Thử nghiệm áp dụng bộ vật tư ống ngánh mới với phụ kiện đai lấy nước bằng công nghệ hàn điện cực và đánh giá hiệu quả để đưa vào sử dụng

Ứng dụng công nghệ thông tin mạnh mẽ và đồng bộ trong quản lý tài sản mạng lưới cấp nước, quản lý khách hàng sử dụng nước

1.1.3 Giải pháp quản lý hệ thống cấp nước

 Ứng dụng GIS trong quản lý hệ thống cấp nước

Trước đây, nguồn dữ liệu được sử dụng trong công tác quản lý và vận hành mạng lưới cấp nước tại Tp HCM là các tài liệu giấy Nguồn dữ liệu này đã cũ và xuất hiện nhiều hư hỏng Thêm vào đó, việc lưu trữ dữ liệu ở dạng giấy là nguyên nhân khiến các dữ liệu dễ bị thất lạc, khó kiểm tra, việc trích xuất thông tin khi cần không kịp thời Để quản lý tốt thông tin tài sản trong mạng lưới cấp nước là một trong những mục tiêu hàng đầu khi xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) phục vụ quản lý mạng

lưới cấp nước Với những ưu điểm của ứng dụng GIS trong quản lý mạng lưới cấp nước như sau:

 Cho phép tạo ra cơ sở dữ liệu từ mọi nguồn, mọi phương pháp kể cả phương pháp thủ công

 Có khả năng tổng hợp tự động các lớp thông tin và bổ sung thông tin vào cơ sở

dữ liệu

 Có khả năng chồng ghép, mô phỏng các mối quan hệ giữa các lớp dữ liệu

 Có khả năng phân tích một khối lượng lớn dữ liệu nhanh chóng, đáp ứng nhu cầu của các nhà quản lý

 GIS là công cụ quản lý không gian, giúp các nhà quản lý xác định được chính xác nhu cầu của các vùng dân cư, từ đó có kế hoạch nâng cấp mở rộng mạng lưới phù hợp và hiệu quả

 Xây dựng các công cụ hỗ trợ hiển thị và biên tập các bản đồ chuyền đề cấp nước

Để phục vụ công tác quản lý hệ thống cấp nước, Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn ( SAWACO) đã xây dựng SAWAGIS (SAWACO-GIS) là hệ thống thông tin địa

lý mạng lưới cấp nước Tp Hồ Chí Minh Cấu trúc hệ thống SAWAGIS bao gồm Hệ thống GIS (Geographic Informaton system – GIS) của Tổng Công ty (công ty mẹ) kết nối với hệ thống GIS của các đơn vị quản lý cấp nước (công ty con) Mỗi hệ thống GIS có cấu trúc: Phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu, người dùng, quy định, quy trình quản lý vận hành hệ thống (hình minh họa) Vận hành hệ thống SAWAGIS giữa Tổng Công ty và các đơn vị được thống nhất theo quy định, quy trình chung do Tổng Công

ty ban hành Tổng Công ty có trách nhiệm kiến trúc và tổ chức triển khai hệ thống SAWAGIS từ Tổng Công ty (công ty mẹ) đến các đơn vị cấp nước (công ty con) trong

hệ thống cấp nước Thành phố

Hiện nay Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn (Sawaco) đang sử dụng hệ thống SAWAGIS để quản lý các tuyến ống truyền dẫn và công trình kỹ thuật trên tuyến ống

 Đảm bảo cấp nước ổn định, liên tục, đạt chất lượng

 Lưu lượng: đáp ứng được nhu cầu dùng nước của khách hàng

 Áp lực: bảo đảm áp lực nước cung cấp qua đồng hồ nước khách hàng đo được tại đồng hồ vào giờ cao điểm với mức tối thiểu là 0,1 bar

 Áp lực và lưu lượng được đảm bảo duy trì ổn định, hợp lý trên toàn mạng lưới cấp nước

 Chất lượng nước trên mạng phải đảm bảo đạt tiêu chuẩn theo quy định hiện hành của Nhà nước và của Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn

 Có biện pháp kìm hãm, kiểm soát và giảm thiểu lượng nước không doanh thu

 Quản lý chặt chẽ và đầy đủ số liệu, thông tin mạng lưới đường ống

 Đường ống và các thiết bị kỹ thuật trên mạng hoạt động theo đúng công năng, khai thác đúng yêu cầu kỹ thuật

 Lắp đặt thiết bị ghi nhận dữ liệu (datalogger) đối với những vị trí quan trọng cần kiểm soát áp lực, lưu lượng để phát hiện rò rỉ trên tuyến và kể cả theo dõi chất lượng nước (độ pH, độ đục, Clo dư) trên hệ thống cấp nước và các vị trí đồng hồ tổng bán sĩ nước sạch để theo dõi lưu lượng, áp lực nhằm kịp thời xử lý nhanh chóng ngay tức thời khi có sự cố xảy ra

 Để đảm bảo cấp nước an toàn, vận hành an toàn hệ thống cấp nước, đồng thời đảm bảo kiểm soát, giám sát và thu thập dữ liệu phục vụ quản lý vận hành hệ thống cấp nước tại Công ty, cần nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) cho hệ thống cấp nước

 Giải pháp quản lý hệ thống cấp nước

Mô hình quản lý mạng lưới cấp nước thông minh thông qua kết nối hệ thống Scada là sự tích hợp công nghệ GIS, mô hình thủy lực và công nghệ Scada trong quản

lý mạng lưới cấp nước

Với việc kết hợp công nghệ GIS, công nghệ SCADA và công nghệ phần mềm

dữ liệu GIS thống nhất nhằm tăng hiệu quả trong công tác quản lý và vận hành mạng lưới cấp nước Ngoài ra, giải pháp này cũng đã thực hiện các công việc chuẩn hóa, tổ chức, tham chiếu địa lý các đối tượng thuộc mạng lưới cấp nước và lưu trữ vào cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS là Geodatabase

Hệ thống kết hợp giữa bài toán phân tích dựa trên mô hình hóa của phần mềm WaterGEMS và số liệu thực tế truyền về từ hệ thống SCADA trên mạng lưới cấp nước giúp cho việc đánh giá, giám sát các khu vực có nguy cơ rò rỉ cao, phát hiện và khoanh vùng rò rỉ, phục vụ cho công tác phòng và chống thất thoát nước hiệu quả hơn

1.2 Tổng quan về hiện trạng hệ thống cấp nước khu vực nghiên cứu

1.2.1 Tổng quan về hiện trạng chung mạng lưới cấp nước của Tổng Công ty Cấp

nước Sài Gòn TP.HCM

Mạng lưới cấp nước thành phố là một hệ thống có quy mô lớn với tổng chiều dài khoảng 6000 km đường ống (ống có đường kính D=100 ÷24000mm) trải rộng trên địa bàn 23 quận huyện (trừ địa bàn huyện Củ Chi) và đặt dưới sự quản lý trực tiếp của Xí nghiệp Truyền dẫn Nước sạch (quản lý, vận hành các tuyến ống truyền tải), 08 công ty

Cổ phần Cấp nước và 01 Xí nghiệp Cấp nước Cần Giờ, 01 Xí nghiệp Nước Sinh hoạt Nông thôn (quản lý, vận hành, khai thác mạng lưới phân phối)

Tỷ lệ nước nước thất thoát khoảng: 28%

Tỷ lệ dân số được cấp nước: 100% (trong đó qua HTCN của Sawaco là 90%) Tổng số đấu nối khách hàng: khoảng 1.200.000 đấu nối (không tính khách hàng từng căn hộ trong chung cư)

Mạng lưới cấp nước được phát triển qua nhiều giai đoạn lịch sử nên đa dạng về chủng loại đường ống (bê tông nòng thép dự ứng lực, gang dẻo, gang xám, uPVC, HDPE, thép, Xi măng Amian (AC), ….), Hình 1.2 cùng các số liệu được liệt kê ở mục [4] tài liệu tham khảo

Hình 1 2: Thống kê các chủng loại ống cấp nước trên mạng lưới cấp nước

Tp.HCM

1.2.2 Hiện trạng mạng lưới cấp nước truyền dẫn (ống cấp 1, cấp 2)

Ống cấp 1 (đường kính 600mm, 750mm, 800mm, 900mm, 1.050mm, 1.200mm, 1500mm, 1.800mm, 2.000mm, 2.400mm)

Ống cấp 2 (đường kính 350mm, 375mm, 400mm, 450mm, 500mm, 600mm) Trên hệ thống mạng truyền dẫn có: van, đồng hồ tổng, tháp cắt áp, trụ chữa cháy,

hệ thống quản lý chất lượng nước trên mạng Cụ thể như sau:

 Van: có 2896 van và hầm van các loại trên mạng truyền dẫn (van chận tuyến, van xả khí, van xả cặn, van giảm áp) (số liệu tính đến tháng 12/2016)

 Đồng hồ tổng: Hệ thống đồng hồ tổng phân vùng, tách mạng, phục vụ công tác

đo đếm sản lượng là 426 cái, trong đó mua bán sỉ 308 cái (tính đến tháng 12/2016), đa dạng về chủng loại: đồng hồ cơ, đồng hồ điện từ, đồng hồ điện lưới, đồng hồ que (AquaProbe)

 Tháp cắt áp: có 02 tháp cắt áp tại: 19A Điện Biên Phủ (cuối tuyến ống D2000mm từ Nhà máy nước Thủ Đức) và tháp Tham Lương (cuối tuyến ống D2000mm – D1500mm từ Nhà máy nước Tân Hiệp) để tránh hiện tượng nước

va, bảo vệ an toàn cho tuyến ống truyền tải chính

 Quản lý chất lượng nước trên mạng lưới cấp nước: có hệ thống theo dõi chất lượng nước nước trên mạng truyền dẫn Ngoài ra, công tác ghi nhận áp lực, các

chỉ tiêu áp lực nước được thực hiện thủ công và định kỳ 01 lần/tháng tại các vị trí trên mạng truyền dẫn

 Trụ chữa cháy: có 494 trụ chữa cháy trên các tuyến ống cấp 1, cấp 2 (số liệu tính đến tháng 12/2016)

Tổng chiều dài đường ống cấp 1 (với đường kính ≥600mm) là 255.175 m và ống cấp 2 (với đường kính từ 350mm-600mm) là 393.323 m (số liệu tính đến tháng 12/2016) trải rộng trên địa bàn 23 quận, huyện (trừ địa bàn huyện Củ Chi) Như vậy tổng chiều dài tuyến ống cấp 1 và 2 khoảng: 648.498 m, số liệu được liệt kê ở mục [5] tài liệu tham khảo

1.2.3 Hiện trạng và giải pháp giảm thất thoát nước tại Công ty Cổ phần Cấp nước

(đã tách huyện Bình Chánh) là 1.293 (km), từ cỡ ống D80 đến D350 với nhiều chủng loại ống khác nhau như: ống gang, AC, nhựa uPVC, nhựa HDPE…trong đó vẫn còn tồn tại một số tuyến ống có tuổi thọ > 30 năm có cỡ đường kính từ D100 đến D350 với tổng chiều dài 50.000 m

Chiều dài mạng cấp 1, 2 sau đồng hồ tổng xấp xỉ 168 (km)

Số lượng đồng hồ nước kỳ 10 là 271.128 (cái)

Tỷ lệ thất thoát trung bình 9 tháng đầu năm của Công ty 28,39%

Công tác xây dựng và quản lý DMA, được liệt kê ở mục [6] tài liệu tham khảo:

Quận Số DMA đang

vận hành

Tỷ lệ %NRW ban đầu (%)

Tỷ lệ %NRW hiện nay (%)

Số ĐHN quản lý/Tổng số ĐHN

 Hiện trạng quản lý đồng hồ tổng

- Số lượng đồng hồ tổng tự động: 92 cái (tự đọc số về hệ thống)

- Số lượng đồng hồ tổng cơ: khoảng 01 cái (ra hiện trường đọc)

- Công tác kiểm tra định kỳ được thực hiện nhằm khắc phục các tình trạng: hết pin, đồng hồ bị lỗi không kết nối Định hướng trong tương lai

- Phương hướng tới: chuẩn hóa, thay thế toàn bộ đồng hồ không tương thích

và sử dụng nguồn cấp điện từ Acquy thay cho pin như hiện tại

- Các thông tin đang quản lý theo vị trí

 Phương pháp đọc số tự động

Hình 1 4: Quy trình đọc số bằng phương pháp tự động

 Phương pháp đọc số thủ công

Hình 1 5: Quy trình đọc số bằng phương pháp thủ công

 Hệ thống website quản lý đồng hồ tổng là hệ thống Web Server quản lý đồng hồ tổng được đưa vào hoạt động 2012

 Giải pháp thực hiện của Công ty

Giảm thất thoát vô hình:

 Tăng sản lượng khách hàng (các công ty lớn, các khu công nghiệp, bệnh viện ) tang cường sử dụng nước sạch, hạn chế sử dụng nước ngầm đồng thời vận động giảm hóa đơn bằng 0 m3 và thương lượng với các khu công nghiệp để thỏa thuận tang sản lượng nước tiêu thụ

 Thực hiện công tác kiểm tra theo sản lượng tiêu thụ khách hàng để đề xuất nâng hay hạ cỡ đồng hồ nước phù hợp với nhu cầu sử dụng (thực hiện ưu tiên các DMA có tỷ lệ thất thoát nước cao)

 Thay thế kịp thời đồng hồ nước hết niên hạn sử dụng, các đồng hồ nước không đúng công suất sử dụng làm giảm được sai số do đồng hồ nước gây ra

 Công tác quản lý khách hàng: kiểm tra khách hàng vi phạm sử dụng nước (đứt chì khóa góc xây dựng, đấu chung hai nguồn nước, mất đồng hồ nước, sử dụng bất hợp pháp, sử dụng bơm rút trực tiếp và các trường hợp vi phạm khác…) và khách hàng gian lận sử dụng nước (sử dụng nam châm, tháo mặt số đồng hồ nước, chêm ngoại vật, đấu nối bất hợp pháp, cắt tê trước đồng hồ, quay đầu đồng hồ nước…)

 Vận động khách hàng hạn chế khai thác và sử dụng nước ngầm chưa qua xử lý (sử dụng nguồn nước giếng khoan) đồng thời hướng dẫn các thủ tục và điều kiện đăng ký định mức nước để khách hàng chuyển qua sử dụng nước máy Giảm thất thoát hữu hình:

 Tập trung thực hiện giảm thất thoát nước tại các DMA có tỷ lệ cao như lắp đặt van chận tuyến tiến hành kiểm tra đóng van bước (step test) để xác định khu vực thất thoát nước cao và dò tìm rò rỉ theo khu vực đã xác định

 Tập trung thực hiện công tác cải tạo các tuyến ống cũ mục gây thất thoát nước cao

 Lắp đặt van giảm áp tại các khu vực có áp lực cao

 Áp dụng lắp đặt đai hàn điện trở, hộp đồng hồ nước trong công tác cải tạo ống mục và gắn mới, di dời đồng hồ nước

 Xây dựng hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu mạng lưới cấp nước và quản lý khách hàng trên hệ thống GIS (CHOWAGIS) kết hợp mô hình thủy thực trên mạng lưới cấp nước và theo khu vực DMA

 Xây dựng trung tâm điều khiển hệ thống áp lực, lưu lượng qua thiết bị ghi nhận

dữ liệu (datalogger)

1.2.4 Khu vực nghiên cứu DMA Q6-1001

Hình 1 7: Khu vực nghiên cứu DMA Q6-1001

PHẠM VI KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu DMA Q6-1001 thuộc khu vực Phường 10 quận 6: Khu vực này được cung cấp bởi hai tuyến ống cấp nước D300 Gang (Đồng hồ tổng bán sỉ nước sạch có mã ký hiệu CL1041 do Xí nghiệp Truyền Dẫn Nước sạch quản lý), tuyến ống D300 Gang (Đồng hồ tổng bán sỉ nước sạch có mã ký hiệu CL1048 do Xí nghiệp Truyền Dẫn Nước sạch quản lý) qua hai đồng hồ tổng hiệu ISOMAG, có đường kính DN150 cụ thể như sau:

 Tổng chiều dài mạng lưới cấp nước trong khu vực 5.302m (chủ yếu là ống nhựa uPVC)

 Số lượng đồng hồ nước kỳ 10 là 1.744 (cái)

 Tỷ lệ thất thoát nước hiện tại là 46,98%

 Áp lực trung bình từ 0,5 bar ÷ 0,8 bar

 Thiết bị ghi nhận dữ liệu lưu lượng và áp lực qua hệ thống datalogger

 Khu vực DMA này có đặc điểm nền đến yếu thường xuyên tuột ống ống cấp nước (van cóc)

1.2.5 Những vấn đề đặt ra cần nghiên cứu

Trên cơ sở đánh giá hiện trạng khu vực nghiên cứu, tình hình ứng dụng GIS và

mô hình thủy lực cùng những tồn tại hạn chế trong công tác quản lý vận hành hệ thống cấp nước, chúng ta đặt ra những vấn đề cần nghiên cứu và đặt ra các yêu cầu mới đối với hệ thống hiện hữu đang vận hành như sau:

 Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng chương trình mô hình thủy lực WATERGEMS vào tính toán tối ưu hóa hệ thống cấp nước và phát hiện rò rỉ của DMA Q6-1001 thuộc khu vực phường 10 quận 6 ứng với các trường hợp vận hành bất lợi

 Đánh giá hiện trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp vận hành hệ thống cấp nước một cách hiệu quả

 Đối với việc mô phỏng bằng phần mềm thủy lực là yêu cầu cần đặt ra là phải kết hợp GIS và phần mềm thủy lực trong việc quản lý mạng lưới đảm bảo quản

lý toàn bộ dữ liệu mạng lưới cũng như theo dõi diễn biến áp lực, lưu lượng, chất lượng nước trên trên hệ thống cấp nước đồng thời có tính năng khoanh vùng phát hiện rò rỉ

Hình 1 8: Tích hợp trong quản lý

Với mục tiêu gắn liền với thực tiễn, kết quả của mô hình này sẽ được sử dụng để theo dõi diễn biến thủy lực tại Công ty Cổ phần Cấp nước Chợ Lớn và tiếp tục được xây dựng hoàn chỉnh hơn khi kết nối với hệ thống SCADA đảm bào hệ thống làm việc với thời gian thực và lập trình quản lý, theo dõi trên màn hình HMI

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẤP NƯỚC VÀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG RÒ RỈ

2.1 Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Khái niệm về thất thoát, thất thu nước

Thuật ngữ thất thoát nước tại Việt Nam bao gồm hai thành phần chính là thất thoát (thất thoát cơ học) và thất thu, trong đó: (i) Thất thoát cơ học hay còn đươc gọi là thất thoát hoặc thất thoát hữu hình là lượng nước bị hao hụt do chảy xuyên qua tất cả các loại rò rỉ; (ii) Thất thu là những mất mát không thể xác định xảy ra khi nước được phân phối thành công đến khách hàng, mà do những nguyên nhân khác nhau, không thể đo và đọc chính xác, vì vậy đã kéo theo một mức độ sai số trong khối lượng tiêu thụ của khách hàng

2.1.2 Cơ sở lý thuyết về thất thoát cơ học

Mối tương quan giữa áp lực và lưu lượng: Lưu lượng nước có liên quan mật thiết với áp lực nước, áp lực nước trong mạng lưới sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ rò rỉ trong mạng (thất thoát hữu hình), áp lực càng cao thì tỷ lệ rò rỉ càng lớn

2.1.3 Cơ sở lý thuyết về thất thu

Phương pháp đo lường (thiết bị đo lường)

Theo quy định của tổ chức đo lường quốc tế (Organisation International de Métrologie Légale - OIML) thì đồng hồ đo nước được phân loại theo lưu lượng danh nghĩa Qn như bảng sau:

Bảng 2 1: Bảng phân cấp đồng hồ nước theo giá trị lưu lượng

Các sai số tối đa chấp nhận được từ quá trình kiểm tra ban đầu các đồng hồ nước lạnh có giá trị là: (i) Trong khoảng ±5% của thể tích đo được cho tất cả lưu lượng nằm trong khoảng giữa Qmin và Qt; (ii) Trong khoảng ±2% của thể tích đo được của tất cả các lưu lượng nằm trong khoảng giữa Qt và Qmax Cho thấy thiết bị đo cũng là nguyên nhân sai sót trong đo đếm, thất thu nước

2.1.4 Một số công thức tính chỉ số thất thoát nước

Theo tỷ lệ %: Tỷ lệ thất thoát nước (%TT) được xác định theo công thức:

Chỉ số thất thoát theo số nhánh đấu nối IPB (lít/ngày):

Chỉ số thất thoát theo chiều dài đường ống ILP (m3/ngày/km):