Nghiên cứu ứng dụng gis và phần mềm thủy lực hỗ trợ công tác giảm thất thoát nước trên mạng đường ống cấp 1, cấp 2 tại tp hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc --- oOo --- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC Họ và tên : TRẦN VĂN DƯƠNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



TRẦN VĂN DƯƠNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS VÀ PHẦN MỀM THỦY LỰC

HỖ TRỢ CÔNG TÁC GIẢM THẤT THOÁT NƯỚC

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Võ Lê Phú

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Trần Thị Vân

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Lâm Đạo Nguyên

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa ĐHQG Tp.HCM ngày

25 tháng 01 năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ bao gồm:

1 PGS TS Lê Văn Trung - Chủ tịch hội đồng

2 TS Lương Văn Việt - Ủy viên

3 TS Trần Thị Vân – Phản biện 1

4 TS Lâm Đạo Nguyên – Phản biện 2

5 TS Nguyễn Văn Minh Mẫn – Thư ký

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

- oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC

Họ và tên : TRẦN VĂN DƯƠNG Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1991 Nơi sinh: Bắc Ninh

Chuyên ngành : Quản lý Tài nguyên và Môi trường

- Nghiên cứu tích hợp mô hình GIS và phần mềm thủy lực để xây dựng mô hình

mô phỏng các thông số vận hành của hệ thống và khoanh vùng khu vực rò rỉ trên mạng lưới cấp nước trên khu vực nghiên cứu

- Đề xuất các giải pháp nhằm giúp quản lý mạng lưới một cách tối ưu và giảm tỷ

lệ thất thoát nước

 Nội dung

- Khảo sát, thu thập thông tin, số liệu, dữ liệu GIS khu vực nghiên cứu

- Phân tích thiết kế hệ thống để phục vụ công tác phát hiện rò rỉ

- Xây dựng và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu và xử lý, tính toán số liệu

- Vận hành mô hình, kiểm chứng kết quả và hiệu chỉnh mô hình

Đề xuất giải pháp giảm thất thoát nước

MS: 60 85 01 01

III HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

Ngày tháng 12 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô Khoa Môi trường và Tài nguyên – Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TPHCM đã dạy dỗ và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu Em cũng xin cảm ơn thầy Võ Lê Phú, Thầy đã luôn tận tình chỉ dẫn và giúp dỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như cung cấp các phương pháp luận và tài liệu chuyên môn về ngành Tài nguyên và Môi trường Mặc dù bận rộn nhưng Thầy luôn là điểm tựa

và là niềm động viên cho em vào những lúc khó khăn trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Xí nghiệp Truyền dẫn Nước sạch Tp.HCM đã cung cấp cho em 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

Em xin cảm ơn các anh chị tại Trung tâm DITAGIS đã nhiệt tình đóng góp ý kiến và hướng dẫn em về kiến thức thực hành nhằm phục vụ cho nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, em cũng xin cảm ơn gia đình, bố mẹ, bạn bè, những người thân đã luôn tạo cho em điều kiện học tập tốt nhất trong suốt một thời gian qua

Em xin được chúc tất cả mọi người sức khỏe và thành công

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015

Học viên

Trần Văn Dương

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học - công nghệ, chất lượng cuộc sống của con người cũng ngày một nâng cao Điều này cũng dẫn tới nhu cầu sử dụng nước sạch và đòi hỏi chất lượng cũng tăng theo Tuy nhiên nguồn nước sạch mà con người dùng được là có hạn, do

đó đòi hỏi con người phải quản lý và sử dụng nguồn nước một cách thích hợp, đặc biệt là phải kiểm soát được tỉ lệ thất thoát nước trên mạng lưới đường ống để tránh gây nên sự lãng phí Ứng dụng GIS và mô hình thủy lực trong công tác giảm thất thoát nước đang trở thành xu hướng phát triển của các nước trên thế giới Điều này sẽ giúp tiết kiệm được thời gian, chi phí và công sức lao động của con người

Nội dung luận văn nghiên cứu việc tích hợp dữ liệu GIS với mô hình thủy lực WaterGEMS

để mô phỏng trạng thái vận hành và khoanh vùng vị trí rò rỉ nước trên mạng lưới đường ống cấp 1, cấp 2 của Tp.HCM Dữ liệu mạng lưới đường ống cấp nước trong đề tài này được chuyển đổi và chuẩn hóa từ dữ liệu AutoCAD bao gồm các lớp dữ liệu như: đường ống, bể chứa, bơm, đồng hồ tổng Bên cạnh đó, các thông tin thuộc tính cần thiết cho việc phân tích trên mô hình thủy lực cũng được chuyển đổi như: đường kính, vật liệu ống, chiều dài, năm lắp đặt,…

Các thông số đầu vào của mô hình đều được thu thập từ số liệu thực tế của các nhà máy nước, các đồng hồ tổng và các Datalogger trên mạng lưới Các số liệu tọa độ GPS trên hệ thống cũng được thu thập để kiểm chứng độ chính xác của dữ liệu không gian trong đề tài Số liệu đồng

hồ tổng được tính toán và nhập vào mô hình tương ứng với nhu cầu sử dụng nước tại mỗi khu vực bằng công cụ LoadBuilder Số liệu cao trình trong mạng lưới cũng được xây dựng một cách tự động bằng công cụ Trex, trích xuất thông số cao trình từ nguồn dữ liệu mô hình số độ cao (DEM)

Kết quả của mô hình được kiểm chứng với số liệu của 60 điểm Datalogger trên toàn mạng lưới đường ống Các số liệu được so sánh, đối chiếu giữa thực tế với mô hình trong 24h và đạt độ sai số dưới 10% Sau khi mô phỏng mạng lưới tương đối chính xác, đề tài đã thực hiện phân tích

dò tìm vị trí rò rỉ và chỉ ra một số vị trí có nguy cơ rò rỉ cao trên mạng lưới đường ống cấp 1, cấp 2

Luận văn đã phân tích các phương pháp giảm thất thoát nước đang được áp dụng tại SAWACO, cách thức thực hiện, ưu nhược điểm của từng phương pháp đã được chỉ ra Cuối cùng, các giải pháp phục vụ cho công tác giảm thất thoát nước cũng được đề xuất

ABSTRACT

Nowadays, thank for the boom of science and technology, quality of human life are also more advanced It also leads to many issues about demand and high quality of clean water However, clean water source is limited and water loss from distribution networks is a special problem Thus requiring a management strategy and using water resources in an appropriate way Application of GIS and the hydraulic model are approached in many countries in the world,

to develop a water loss management strategy That help save time, cost and effort of human labor

The research describes an integration of GIS data with WaterGEMS the the hydraulic model, to simulate operating conditions and localize leaks in water level 1, level 2 pipe network

of HCMC Data of water supply pipe network in this topic was converted and standardized from AutoCAD data, which include data layers such as pipes, tanks, pumps, master clock Besides, the important information for the analysis on the hydraulic model is also converted as diameter, pipe material, length, year of installation,…

The input parameters of the model were obtained from the actual data of the water plant, the master clock and the Datalogger on the network The GPS coordinates data on the system were also collected to verify the accuracy of space data in this topic Master clock data was calculated and entered into the model that corresponds, to the demand using water in each area

by the LoadBuilder tool Elevation data network was also built automatically by the Trex tool Parameters was accessed from the data source elevation digital elevation model (DEM)

The results of the model was verified with 60 points Datalogger data on the pipe network The data were compared between reality with models in 24 and reached under 10% of error After simulating network is relatively accurate, this research has conducted an analysis of finding the leak points and show some points which have a high risk of leakage on the level 1, level 2 pipe network

This thesis analyzed the reduce water wastage methods which are being applied in SAWACO The way of implementation, advantages and disadvantages of each method are

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Ngoài trừ những nội dung đã được trích dẫn, các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này là hoàn toàn chính xác, trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nghiên cứu nào khác trước đây

Trần Văn Dương

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

TÓM TẮT LUẬN VĂN 3

MỤC LỤC 5

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC CÁC HÌNH 8

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 11

MỞ ĐẦU 12

Tính cấp thiết của đề tài 12

1.1 Mục tiêu của đề tài 14

1.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 14

1.3 Nội dung nghiên cứu 14

1.4 Phương pháp thực hiện 15

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 16

1.6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 18

Tổng quan về nước không doanh thu và hiện trạng thất thoát nước 18

1.1 1.1.1 Nước không doanh thu 18

1.1.2 Nguyên nhân thất thoát nước 22

1.1.3 Tình hình thất thoát nước trên thế giới 24

1.1.4 Tình hình thất thoát nước tại Việt Nam 26

1.1.5 Thực trạng thất thoát nước tại Tp.HCM 27

Giới thiệu về mô hình thủy lực 29

1.2 1.2.1 Khái niệm 29

1.2.2 Các loại mô hình thủy lực trên thế giới 30

Tình hình nghiên cứu 31

1.3 1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước 31

1.3.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước 33

Giới thiệu về Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn 36

1.4 Tóm tắt lịch sử hình thành 37 1.4.1

Hiện trạng vận hành hệ thống mạng lưới cấp nước tại Tp.HCM 42

1.4.4 Ứng dụng GIS trong quản lý hệ thống cấp nước tại Tp.HCM 49

1.5 1.5.1 Hiện trạng hệ thống GIS tại SAWACO và các đơn vị thành viên 49

1.5.2 Hiện trạng dữ liệu CAD 53

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 54

2.1 Cơ sở lý thuyết về tính toán thất thoát nước 54

2.2 Giới thiệu phần mềm thủy lực WaterGEMs 56

2.3 Phương pháp mô hình phát hiện rò rỉ 61

2.4 Phương pháp thực hiện 65

2.5 Tích hợp dữ liệu GIS và mô hình thủy lực 73

2.5.1 Đưa dữ liệu GIS vào mô hình thuỷ lực WaterGEMS 73

2.5.2 Trình tự thực hiện mô phỏng áp lực, lưu lượng 74

2.5.3 Thông số áp lực cho mạng lưới 80

2.5.4 Hệ số sử dụng nước không điều hòa 83

2.6 Vận hành mô hình thủy lực, tính toán mô phỏng hệ thống cấp nước và phát hiện rò rỉ 85 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 91

3.1 Kết quả phân tích mô hình và đánh giá sai số 91

3.1.1 Kết quả mô phỏng trạng thái vận hành mạng lưới cấp nước 91

3.1.2 Kết quả mô phỏng lưu lượng 97

3.1.3 Đánh giá sai số mô hình 99

3.2 Kết quả phân tích điểm rò rỉ bằng Darwin Calibrator 101

3.3 Các thành phần sai số ảnh hưởng tới việc chạy mô hình 109

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THẤT THOÁT NƯỚC TRÊN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 110

4.1 Phân tích SWOT 110

4.2 Đề xuất các giải pháp giảm thất thoát nước 114

4.1.1 Phương pháp thiết lập khu vực đồng hồ tổng (District Meter Area_DMA) 114

4.1.2 Thực hiện giảm Thất thoát nước vô hình 118

4.1.3 Sử dụng thiết bị dò tìm rò rỉ khoanh vùng 118

4.1.4 Sử dụng máy dò tìm rò rỉ tương quan 120

4.1.5 Sử dụng máy dò tìm rò rỉ điện tử nghe âm trực tiếp 122

4.1.6 Các giải pháp quản lý 124

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128

1 KẾT LUẬN 128

2 KIẾN NGHỊ 129

TÀI LIỆU THAM KHẢO 132

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng cân bằng nước 19

Bảng 1.2: Nguyên nhân thất thoát nước 22

Bảng 1.3: Ước tính tỷ lệ thất thoát – thất thu của thế giới 25

Bảng 1.4: Lịch sử phát triển của mô hình thủy lực 29

Bảng 1.5: Danh sách dữ liệu lưu trữ tại SAWACO 43

Bảng 2.1: Tọa độ một vài điểm ngoài thực tế theo hệ tọa độ VN2000 70

Bảng 2.2: Đánh giá sai số giữa các vị trí trong dữ liệu và ngoài thực tế 72

Bảng 2.3: Bảng số liệu sản lượng nước tại Đồng hồ Tổng 77

Bảng 2.4: Thông số áp lực tại các nhà máy nước (Đơn vị: mét nước) 80

Bảng 3.1: Bảng số liệu đối chứng mô hình và thực tế tại NMN Tân Hiệp 95

Bảng 4.1: Nhận diện các đặc điểm của hoạt động giảm thất thoát nước 110

Bảng 4.2: Ma trận SWOT xác định các hướng giải pháp giảm thất thoát nước 112

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Tỉ lệ thất thoát nước tại một số thành phố trên thế giới năm 2008 13

Hình 1.2: Tỷ lệ NRW tại một số đô thị trên thế giới năm 2003 26

Hình 1.3: Tỉ lệ thất thoát nước bình quân tại các Tỉnh năm 2005 27

Hình 1.4: Tỷ lệ nước không doanh thu tại Tp.HCM (2007-2011) 28

Hình 1.5: Quy trình thực hiện trong nghiên cứu 34

Hình 1.6: Các vị trí rò rỉ trên mạng lưới đường ống cấp nước trên mô hình nghiên cứu tại thời điểm 0h 35

Hình 1.7: Ví dụ mẫu mô hình thực hiện trong nghiên cứu 36

Hình 1.8: Biểu đồ phát triển của Tổng công ty cấp nước Sài Gòn (SAWACO) 38

Hình 1.9: Sơ đồ cơ cấu tổ chức Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn 39

Hình 1.10: Cấu trúc cơ sở của hệ thống 43

Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống SAWAGIS 52

Hình 2.1: Các vị trí lắp đồng hồ khách hàng 56

Hình 2.2: Thay thế van và đồng hồ tổng 66

Hình 2.3: Các ống chéo nhau được kí hiệu với 1 vòng cung 66

Hình 2.4: Các ống nối thông nhau được kí hiệu là 1 vòng tròn nhỏ 66

Hình 2.5: Lỗi vẽ dư thừa đường 67

Hình 2.6: Lỗi vẽ thiếu tại vị trí giao 67

Hình 2.7: Bổ sung thuộc tính tên đường 67

Hình 2.8: Bổ sung thuộc tính tên các nút 68

Hình 2.9: Dữ liệu GIS mạng lưới cấp nước hoàn chỉnh 68

Hình 2.10: Nắn chỉnh đường ống theo lớp giao thông Tp.HCM 69

Hình 2.11: Vị trí các điểm tọa độ thực tế trên lớp dữ liệu mạng lưới đường ống 71

Hình 2.12: Ảnh đo đạc ngoài hiện trường tại tuyến đường Xa Lộ Hà Nội 72

Hình 2.13: Khai báo thuộc tính dữ liệu 73

Hình 2.14: Lớp dữ liệu độ cao TIN của Tp.HCM 74

Hình 2.15: Hộp thoại TRex Wizard 75

Hình 2.16: Độ cao tại các nút từ tính toán của TRex 76

Hình 2.17: Nguyên tắc nội suy “Nearest Node” trong LoadBuilder 77

Hình 2.18: Vị trí các đồng hồ tổng trên mạng cấp 1, cấp 2 của Tp.HCM 78

Hình 2.19: Hộp thoại LoadBuilder Wizard 79

Hình 2.20: Nhu cầu sử dụng nước trong Demand Control Center 79

Hình 2.21: Bảng hệ số Multiplier trong mô hình WaterGEMs 81

Hình 2.22: Hộp thoại khai báo thông số bơm 82

Hình 2.23: Khai báo bể chứa ứng với từng nhà máy nước 83

Hình 2.24: Hệ số không điều hòa 84

Hình 2.25: Khai báo hệ số không điều hòa 85

Hình 2.26: Bảng số liệu đo đạc tại các vị trí khảo sát 86

Hình 2.27: Định dạng trên Excel của dữ liệu Observed 87

Hình 2.28: Hộp thoại Darwin Calibrator 87

Hình 2.29: Thông báo hoàn tất nhập dữ liệu của ModelBuilder 88

Hình 2.30: Dữ liệu đã được đưa vào Darwin Calibrator 89

Hình 2.31: Khai báo trong cửa sổ Demand 89

Hình 2.32: Khai báo thông số trong tab Options 90

Hình 2.33: Cửa sổ Batch run cho phép chạy nhiều kịch bản cùng 1 lúc 90

Hình 3.1: Chọn xem hướng dòng chảy của nước 91

Hình 3.2: Hướng dòng chảy thể hiện trên mô hình thủy lực 92

Hình 3.3: Kết quả mô phỏng áp lực mô hình tại thời điểm 0h 93

Hình 3.4: Kết quả hiển thị phân bố áp lực thời điểm 0h 93

Hình 3.5: Bảng điều khiển Time Browser 94

Hình 3.6: Kết quả biểu diễn đồ thị áp lực và dạng số tại NMN Tân Hiệp trong 24h 96

Hình 3.7: Kết quả biểu diễn đồ thị áp lực tại một số vị trí 96

Hình 3.8: Kết quả mô phỏng lưu lượng và vận tốc dòng chảy tại thời điểm 0h 98

Hình 3.9: Kết quả mô phỏng lưu lượng và vận tốc dòng chảy tại thời điểm 7h 99

Hình 3.10: Tính toán sai số trong Exel 100

Hình 3.11: Đồ thị Scatter biểu diễn sai số mô hình 101

Hình 3.12: Kết quả sau khi chạy mô hình 102

Hình 3.13: Kết quả phân tích rò rỉ tại thời điểm 0h 103

Hình 3.16: Bản đồ thể hiện vị trí rò rỉ lúc 2h 105

Hình 3.17: Kết quả của solotion tại thời điểm 4h 106

Hình 3.18: Bản đồ thể hiện vị trí rò rỉ lúc 4h 106

Hình 4.1: Mô tả phương pháp phân vùng đồng hồ tổng 114

Hình 4.2: Vị trí gắn các Datalogger trên mạng 119

Hình 4.3: Xem xét biểu đồ thể hiện kết quả trên máy tính 119

Hình 4.4: Kết quả phân tích trên máy tính 119

Hình 4.5: Mô hình đo đạc bằng máy rò rỉ tương quan 121

Hình 4.6: Màn hình hiển thị các thông số 121

Hình 4.7: Minh hoạ điểm rò rỉ nằm ngoài khoảng đo của 2 sensor 122

Hình 4.8: Minh hoạ điểm rò rỉ nằm trên tuyến ống thứ 3 122

Hình 4.9: Minh hoạ dò rìm điểm rò rỉ bằng tai nghe 123

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DEM Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model)

DMA Khu vực đồng hồ tổng (District Metering Area)

GDP Tổng sản phẩm quốc nội (Gross Domestic Product)

GIS Hệ thống Thông tin Địa lý (Geographic Information

System)

SAWACO Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn (Sai Gon Water Corporation)

SAWAGIS Hệ thống thông tin địa lý Tổng công ty cấp nước Sài Gòn

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition (Hệ thống điều

khiển giám sát và thu thập dữ liệu)

TIN Mạng tam giác không đều (Triangular Irregular Networks)

WATERGEMS Hệ thống mô hình kỹ thuật địa lý cấp nước Water

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

1.1

Nước là nguồn tài nguyên then chốt cho mọi dạng sống trên Trái Đất và quá trình phát triển kinh tế - xã hội của con người Tuy nhiên, khoảng 97% nước trên Trái Đất là nước mặn, chỉ 3% còn lại là nước ngọt nhưng hơn 2/3 lượng nước ngọt này tồn tại ở dạng sông băng và các mũ băng ở các cực Phần còn lại không đóng băng được tìm thấy chủ yếu ở dạng nước ngầm và chỉ một tỷ lệ nhỏ tồn tại trên mặt đất và trong không khí Nhưng những hoạt động của con người đã

và đang làm cho nguồn nước ngày càng trở nên khan hiếm và cạn kiệt đe dọa đến cuộc sống của con người trên khắp các lục địa

Theo các số liệu thống kê gần đây của Liên Hiệp Quốc (UN) và Tổ chức Y tế thế giới (WHO), trước 2025 sẽ có 1,1 tỉ người không đủ nước sạch để uống và hơn 2,6 tỉ người gần bằng một nửa dân số thế giới sẽ không được tiếp cận với các dịch vụ vệ sinh vì thiếu nước (Bentley Institute Press, 2011) Từ đây có thể thấy rằng, tình trạng khủng hoảng nước toàn cầu ngày càng trở nên rõ rệt đang và sẽ thật sự đe dọa đến sự phát triển bền vững mà nhân loại đang hướng tới Chính vì thế, các vấn đề bền vững tài nguyên nước ngày càng được quan tâm ở cấp khu vực và toàn cầu, đặc biệt trong đó là công tác giảm thất thoát nước Nhất là trong lúc này khi tình trạng thiếu nước ngày càng gia tăng do các nguyên nhân tự nhiên hoặc do các hoạt động của con người

Trong khi hệ thống mạng lưới cấp nước ngày càng phát triển mở rộng theo nhu cầu sử dụng của con người thì tình trạng thất thoát nước vẫn luôn là vấn đề cấp bách tại các đô thị trên thế giới Tỷ lệ thất thoát nước trên các hệ thống mạng lưới cấp nước luôn ở mức rất cao như được thể hiện trên hình 1.1

Thay vì chúng ta cứ phải chạy theo nâng cấp công suất các nhà máy để đáp ứng nhu cầu của người dân thì có thể tìm cách để giảm lượng nước thất thoát đó bổ sung đáp ứng cho người dân vừa giúp tiết kiệm nguồn kinh phí vừa tiết kiệm nguồn tài nguyên nước có hạn của chúng ta Theo báo cáo năm 2012 của Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn thì tổng công suất cấp nước từ các nhà máy nước vào mạng lưới chung toàn thành phố là 1.500.000 m3

/ngày và tỉ lệ thất thoát nước

là 34.73%, nếu nhân với mức giá thấp nhất hiện nay mỗi m3 là 5.300 đồng VN (Công ty cấp

nước Trung An, 2013) thì mỗi ngày thành phố sẽ mất đi 2.76 tỷ đồng, tương đương với con số

1000 tỉ đồng/năm, đó là số tiền rất lớn và nếu cứ để nó mất đi một cách vô ích như vậy là vô cùng lãng phí

Hình 1.1: Tỉ lệ thất thoát nước tại một số thành phố trên thế giới năm 2008

Nguồn: González-Gómez và cộng sự, 2011

Hiện nay, chúng ta có sử dụng một vài phương pháp dò tìm các điểm rò rỉ thủ công như

là biện pháp âm học, bức xạ nhiệt học, hóa học,…hoặc hiện đại nhất là phương pháp dò bằng sóng radar Những biện pháp này có thể giúp xác định được chính xác vị trí của điểm rò rỉ nhưng khi sử dụng những biện pháp thủ công thì cần phải tiến hành rà soát trên toàn bộ mạng lưới đường ống khiến cho tốn rất nhiều thời gian, công sức cũng như tiền bạc khi thực hiện Ngoài ra, các biện pháp này phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thực hiện và còn bị giới hạn bởi các yếu tố bên ngoài như môi trường, khí hậu và độ sâu của các đường ống…

Trước thực trạng khó khăn trong ngành cấp nước như hiện nay, hệ thống thông tin địa lý (GIS) một công cụ đang ngày càng phổ biến, trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế-

xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới Mô hình thủy lực là phần mềm được xây dựng dựa trên các phương trình tính toán thủy lực kết hợp với các thuật toán công nghệ tiên tiến

phí về vốn và năng lượng của việc xây dựng và bảo dưỡng hệ thống mạng lưới cấp nước Sự kết hợp giữa GIS và mô hình thủy lực được xem là xu hướng mới trong công tác quản lý của các công ty, đơn vị cấp nước hiện nay

Thông qua nghiên cứu “Tổng hợp và phân tích các tính năng của các phần mềm thủy

lực” (Hoàng Sơn & Thanh Tâm, 2010) cũng như định hướng lựa chọn phần mềm trong tương lai

của SAWACO, WaterGEMs – phần mềm đã được kiểm chứng độ tin cậy tại nhiều dự án trên thế giới đã thể hiện vai trò nổi trội về tính thiết thực cũng như tính ứng dụng của mình và sẽ là một lựa chọn phù hợp cho quá trình thiết lập xây dựng mạng lưới cấp nước Tp.HCM trong những năm tới

Xuất phát từ những khó khăn trong công tác quản lý giảm thất thoát nước trong mạng lưới đường ống cấp nước tại Tp.HCM (mạng lưới đường ống cũ mới đan xen nhau, việc nâng

cấp tu sửa đường ống không theo kịp tốc độ đô thị hóa…), đề tài là “Nghiên cứu ứng dụng GIS

và mô hình thủy lực hỗ trợ công tác giảm thất thoát nước trên mạng lưới đường ống cấp 1, cấp 2 tại Tp.HCM” được thực hiện nhằm giúp các nhà quản lý, đặc biệt là các đơn vị cấp nước

có thể dự báo, kiểm soát và đưa ra các biện pháp kịp thời nhằm đảm bảo nước sạch được cung cấp đến cho người dân

Mục tiêu của đề tài

1.2

Nghiên cứu khả năng ứng dụng GIS và phần mềm thủy lực WaterGEMs trong việc kiểm soát áp lực, lưu lượng và khoanh vùng các vị trí rò rỉ nước trên mạng ống truyền tải cấp 1, cấp 2

của Tp.Hồ Chí Minh để hỗ trợ cho các biện pháp dò tìm thủ công như hiện nay

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nội dung nghiên cứu sau đây đã được thực hiện:

 Nội dung 1: Khảo sát, thu thập thông tin, số liệu, dữ liệu GIS khu vực nghiên cứu

- Khảo sát, đánh giá hiện trạng hệ thống mạng lưới cấp nước thuộc phạm vi nghiên cứu

- Thu thập dữ liệu hành chính có liên quan đến hạ tầng ngành cấp nước để phục vụ cho nghiên cứu như các dữ liệu về thửa đất, giao thông, hành chính, sông hồ…

- Thu thập các lớp dữ liệu chuyên đề hệ thống cấp nước như Đường ống, đồng hồ khách hàng, đồng hồ tổng, van, trụ cứu hỏa…

- Thu thập thông tin thuộc tính quản lý, thông tin khách hàng, số liệu các điểm đo tự động và một số thông tin liên quan tới đề tài nghiên cứu khác

- Thu thập lớp dữ liệu về cao độ địa hình của Tp.HCM

 Nội dung 2: Phân tích thiết kế hệ thống để phục vụ công tác phát hiện rò rỉ

- Xây dựng mô hình hoạt động của hệ thống

- Nghiên cứu phương pháp vận hành mô hình thủy lực tích hợp với GIS và hệ thống SCADA

- Nghiên cứu một số quy trình vận hành tại đơn vị quản lý để có thể đề xuất những giải pháp phù hợp hơn

 Nội dung 3: Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu và xử lý, tính toán số liệu

- Xây dựng bộ dữ liệu chuẩn để phục vụ cho mục đích nghiên cứu

- Đề ra quy trình xử lý dữ liệu chung cho các cơ quan quản lý để thuận tiện cho quá trình sử dụng trong tương lai

- Chuẩn hóa các số liệu để phục vụ cho công tác vận hành mô hình

 Nội dung 4: Vận hành mô hình, kiểm chứng kết quả và hiệu chỉnh mô hình, đề xuất giải pháp

- Nghiên cứu các bước vận hành mô hình để tính toán mô phỏng được hoạt động của hệ thống mạng lưới cấp nước và tính toán vị trí rò rỉ trên mạng lưới đường ống

- Khảo sát, kiểm chứng kết quả mô hình so với thực tế

- Hiệu chỉnh lại mô hình để tăng độ chính xác cho kết quả của mô hình

- Xây dựng các giải pháp quản lý, nâng cao khả năng giám sát, vận hành hệ thống và giảm tỉ lệ thất thoát nước

Phương pháp thực hiện

1.5

 Phương pháp thu thập thông tin

 Thu thập tài liệu hiện trạng thất thoát nước trên thế giới, Việt Nam và Tp.HCM qua bài báo cáo khoa học, website của các tổ chức bảo tồn Tài nguyên nước, các bản báo cáo định kỳ của SAWACO và qua các buổi phỏng vấn, tham khảo ý kiến nhân viên Phòng

Kỹ thuật – Công nghệ ở Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn (SAWACO) và Xí nghiệp Truyền dẫn nước sạch

 Thu thập dữ liệu về GIS: dữ liệu nền, dữ liệu thông tin, địa hình của Tp.HCM

 Thu thập các dữ liệu cần thiết để vận hành mô hình thủy lực, các dữ liệu từ mạng lưới cấp nước ở SAWACO và Xí nghiệp Truyền dẫn nước sạch, dữ liệu không gian, hành chính ở trung tâm DITAGIS

 Phương pháp tổng quan tài liệu

 Dựa trên những thông tin thu thập, đánh giá hiện trạng thất thoát nước ở Tp.HCM

 Lựa chọn thông tin thích hợp về GIS và mô hình thủy lực để ứng dụng nghiên cứu

 Phương pháp GIS

 Thu thập dữ liệu cần thiết cho mô hình

 Tạo dữ liệu mới nếu trong quá trình thu thập chưa đủ

 Nhập dữ liệu

 Phương pháp ứng dụng phần mềm thủy lực WaterGEMS:

 Vận hành mô hình

 Phân tích kết quả đạt được

 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu:

 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu sẽ được tác giả thực hiện sau khi thu thập dữ liệu

và sau khi chạy mô hình

 Các số liệu cần thống kê và xử lý sau khi thu thập dữ liệu:

 Số liệu khảo sát đo đạc thực tế tại các nút đồng hồ tổng

So sánh, đánh gia sai số của mô hình với kết quả đo đạc

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.6

Với mục tiêu gắn liền với thực tiễn, kết quả của luận văn sẽ giúp phần nào vào việc giảm

tỉ lệ thất thoát nước cho thành phố Và tại thời điểm hiện tại, khi khoa học công nghệ ngày càng phát triển việc ứng dụng mô hình thủy lực vào công tác quản lý, giám sát, nghiên cứu mạng lưới cấp nước ngày càng trở nên quan trọng Điều này không những giúp tiết kiệm chi phí quản lý mà còn giúp giảm bớt công sức lao động của con người Phần mềm thủy lực WaterGEMS là phần mềm được xây dựng dựa trên các phương trình tính toán thủy lực kết hợp với các thuật toán công nghệ tiên tiến WaterGEMs đang được đánh giá là phần mềm mô hình thủy lực mạnh mẽ nhất

hiện nay (Việt An Enviro, 2015) Phần mềm này ra đời với mục đích giúp các nhà quản lý, kỹ sư

phân tích, thiết kế, mô hình hóa cũng như quản lý chi phí về vốn và năng lượng của việc xây dựng và bảo dưỡng hệ thống mạng lưới cấp nước Sự kết hợp giữa GIS và mô hình thủy lực được xem là xu hướng mới trong công tác quản lý của các công ty, đơn vị cấp nước hiện nay

Với kết quả của việc ứng dụng chạy phần mềm mô phỏng mô hình thủy lực WaterGEMs chúng ta sẽ xác định được tương đối chính xác vị trí của điểm rò rỉ để khoanh vùng kiểm tra, giúp giảm thời gian và công sức tìm kiếm điểm rò rỉ bằng các phương pháp thủ công như hiện nay

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trong chương 1 sẽ giới thiệu các phần tổng quan của đề tài về nước không doanh thu và hiện trạng thất thoát nước tại các đô thị trên thế giới và ở Việt Nam, tổng quan về hệ thống cấp nước của Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn (lịch sử hình thành, cơ cấu tổ chức, hiện trạng mạng lưới,…) Cùng với đó, trong chương này cũng sẽ giới thiệu về các mô hình thủy lực, đặc biệt là

mô hình thủy lực WaterGEMs Các khái niệm về nước không doanh thu và hiện trạng thất thoát nước tại các đô thị tại Việt Nam và trên thế giới đã được dùng làm dẫn chứng để thấy được mức

độ lãng phí của vấn đề thất thoát nước Cuối cùng, các đề tài nghiên cứu trong lĩnh vực liên quan

từ trong và ngoài nước cũng sẽ được trình bày trong chương này

Tổng quan về nước không doanh thu và hiện trạng thất thoát nước

1.1

1.1.1 Nước không doanh thu

1.1.1.1 Khái niệm

Nước không doanh thu hay còn gọi là nước thất thoát (NRW – Non Revenue Water) là

lượng nước sạch (sau xử lý) đưa vào mạng lưới cấp nước nhưng không thu được tiền

NRW (m 3 ) = Lượng nước vào mạng lưới cấp nước (m 3

) - Lượng nước có thu tiền (m 3 )

1.1.1.2 Thành phần nước không doanh thu

 Nước tiêu thụ hợp pháp không hoá đơn

 Sử dụng nội bộ như: súc rửa bể chứa, súc rửa đường ống, làm sạch mạng lưới

 Tiêu thụ miễn phí như: chữa cháy, vòi nước công cộng, vệ sinh công cộng, tưới rửa đường,

 Thất thoát vô hình: là loại thất thoát phát sinh từ hoạt động điều hành, quản lý như:

 Thất thoát do đấu nối sử dụng nước bất hợp pháp và gian lận trong sử dụng nước của khách hàng;

 Sai số trong quá trình đọc số đồng hồ, tính cước,

 Sai số của đồng hồ đo

 Thất thoát hữu hình: là loại thất thoát phát sinh từ rò rỉ trong hệ thống phân phối nước

hoặc thất thoát nước là thất thoát mà có thể nhận thấy được nhờ các thiết bị dò tìm phát hiện ra hoặc quan sát được một cách trực tiếp (bể ngầm, bể nổi, van đóng không kín khi thi công cắt Tê hoặc đấu nối…)

Nước tiêu thụ hợp pháp có hoá đơn

Nước tiêu thụ có đồng hồ có hoá

tiền Nước tiêu thụ không có đồng hồ

có hoá đơn Nước tiêu thụ

hợp pháp không có hoá đơn

Nước tiêu thụ có đồng hồ không

có hoá đơn

Nước thất thu (NRW)

Nước tiêu thụ không có đồng hồ không có hoá đơn

Nước thất thoát

Thất thoát vô hình

Nước tiêu thụ bất hợp pháp Đồng hồ không chính xác

Thất thoát hữu hình

Rò rỉ trên ống truyền tải và ống phân phối

Rò rỉ và tràn tại các bể chứa

Rò rỉ trên ống nhánh trước vị trí đồng hồ khách hàng

Nguồn: Hiệp hội Nước Quốc Tế - IWA, 2012

 Các định nghĩa Cân bằng Nước

Trong phần dưới đây, tất cả các thuật ngữ sử dụng trong Bảng trên được liệt kê theo thứ

tự cấp bậc từ trái qua phải Một số thuật ngữ đã sẵn có nghĩa giải thích, nhưng vẫn được liệt kê

và được giải thích ngắn gọn để có một danh mục hoàn chỉnh hơn

 Lưu lượng nước bơm vào hệ thống

Lưu lượng nước đã xử lý bơm vào hệ thống cấp nước, trong đó liên quan tới phần tính toán Cân bằng Nước

Nước tiêu thụ hợp pháp bao gồm cả nước sử dụng cho việc cứu hoả, súc xả, nước rửa đường phố, công viên, các vòi nước công cộng,…Lượng nước được sử dụng cho các mục tiêu trên có thể có hoặc không có hoá đơn, có hoặc không có đồng hồ đo

 Thất thoát nước

Đây là phần chênh lệch giữa lưu lượng nước bơm vào hệ thống và lưu lượng nước tiêu thụ hợp pháp Nước thất thoát có thể được tính cho cả hệ thống, hoặc chỉ tính toán cho một phần của hệ thống như tuyến truyền dẫn hoặc phân phối, hoặc cho từng khu vực 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)

 Tiêu thụ hợp pháp có hoá đơn

Những hợp phần của Tiêu thụ hợp pháp có hoá đơn thanh toán và tạo nên doanh thu (được gọi là nước có doanh thu), bao gồm lượng nước tiêu thụ có đồng hồ đo có hoá đơn cộng với lượng nước tiêu thụ không có đồng hồ đo, có hoá đơn

 Tiêu thụ hợp pháp không có hoá đơn

Những hợp phần này thuộc danh mục Tiêu thụ hợp pháp nhưng không có hoá đơn và do

đó không đem lại doanh thu Bao gồm lượng nước tiêu thụ có đồng hồ đo, không có hoá đơn và Lượng nước tiêu thụ không đồng hồ đo, không có hoá đơn

 Thất thoát vô hình (thất thoát thương mại)

Bao gồm tất cả các sai số liên quan đến đồng hồ tiêu thụ cũng như sai số trong khi đọc đồng hồ và làm hoá đơn cộng với lượng nước tiêu thụ bất hợp pháp (gian lận, đấu nối bất hợp pháp)

 Thất thoát hữu hình (thất thoát cơ học)

Lượng nước thất thoát từ hệ thống có áp và từ các bể chứa của công ty cho tới điểm sử dụng của khách hàng (Đối với các hệ thống có đồng hồ đo: đến đồng hồ của khách hàng, trong trường hợp không có đồng hồ đo: đến tận điểm dùng nước đầu tiên trong khuôn viên hộ gia đình)

Lưu lượng nước thất thoát hàng năm, thông qua nhiều loại rò rỉ, vỡ ống và tràn nước, phụ thuộc vào tần số, tỉ lệ dòng chảy, và khoảng thời gian trung bình của các rò rỉ, vỡ ống và chảy tràn

 Tiêu thụ có đồng hồ đo, có hoá đơn

Tất cả lượng tiêu thụ đo được và có hoá đơn thanh toán Phần này bao gồm tất cả các nhóm khách hàng như sinh hoạt, công nghiệp, thương mại, hành chính và cũng bao gồm cả nước được xuất khẩu ra bên ngoài phạm vi phục vụ, trong đó nước được đo và có hoá đơn

 Tiêu thụ không có đồng hồ đo, có hoá đơn

Tất cả lượng nước tiêu dùng có hoá đơn được tính dựa trên con số ước tính hoặc các tiêu chuẩn nhưng không có đồng hồ đo Đây chỉ là một hợp phần rất nhỏ trong toàn bộ các hệ thống

có đồng hồ đo (ví dụ như hoá đơn dựa vào con số ước tính thời gian đồng hồ khách hàng bị hỏng), nhưng có thể đây là một hợp phần tiêu thụ quan trọng trong những hệ thống không có đồng hồ tổng Lưu lượng nước này có thể bao gồm cả nước xuất khẩu ra ngoài phạm vi phục vụ (nước không được đo, nhưng có hoá đơn)

 Tiêu thụ không có đồng hồ đo, không có hoá đơn

Bất kỳ loại tiêu thụ hợp pháp nào không được đo và không có hoá đơn Hợp phần này cơ bản bao gồm những hạng mục như nước dùng cho cứu hoả, tưới cây…Xét trên lý thuyết, thành phần này cũng có thể bao gồm nước vận chuyển ra ngoài phạm vi phục vụ (nước xuất khẩu) mà không được đo và không có hoá đơn

 Tiêu thụ bất hợp pháp

Bất kỳ lượng nước sử dụng bất hợp pháp nào.Thành phần này có thể bao gồm lượng nước bất hợp pháp lấy từ các vòi nước cứu hoả (ví dụ cho mục đích xây dựng), đấu nối bất hợp pháp, nước ngoài đồng hồ, sử dụng gian lận đồng hồ nước

 Sai số đồng hồ khách hàng và các lỗi xử lý dữ liệu

Thất thoát vô hình (thất thoát thương mại) gây ra do lỗi sai sót của đồng hồ khách hàng

và các lỗi xử lý dữ liệu trong hệ thống đọc đồng hồ và lập hoá đơn

 Rò rỉ trên đường ống chuyển tải và/ hoặc phân phối nước

Nước thất thoát từ những lỗ rò rỉ trên hệ thống đường ống chuyển tải và phân phối.Có thể

là lỗ rò rỉ nhỏ nhưng không được báo cáo (ví dụ; như một vài điểm rò rỉ mối nối) hoặc lỗ thủng lớn đã được báo cáo và sửa chữa nhưng thất thoát trước sửa chữa

 Rò rỉ và chảy tràn từ các bể chứa của công ty

 Rò rỉ trên các đấu nối dịch vụ cho tới đồng hồ đo của khách hàng

Nước bị rò rỉ trên hệ thống ống dịch vụ từ điểm đấu nối đến các đồng hồ đo của khách hàng (Đối với các hệ thống có đồng hồ đo: đến đồng hồ của khách hàng, trong trường hợp không có đồng hồ đo: đến tận điểm dùng nước đầu tiên trong khuôn viên hộ gia đình)

1.1.2 Nguyên nhân thất thoát nước

Bảng 1.2: Nguyên nhân thất thoát nước Bảng nguyên nhân thất thoát nước

01 THẤT THOÁT NƯỚC HỮU HÌNH

NGUYÊN NHÂN BÊN TRONG:

 Phát sinh từ ống và vật liệu ống

 Chất liệu của vật liệu hoặc cấu trúc của ống, mối nối

và các phụ kiện, thiết bị giảm so với thời điểm lắp đặt

mới

 Thường xuyên định kỳ kiểm tra, duy tu và sửa chữa

 Độ bền giảm xuống do bị ăn mòn  Có biện pháp bảo vệ ống

 Biện pháp chống ăn mòn không thích hợp  Có biện pháp mới

 Ăn mòn điện hoá các vật liệu kim loại khác nhau  Bọc ống chống ăn mòn

 Bị ảnh hưởng bởi công trình khác (bảo vệ không hợp  Theo dõi thi công các công

Bảng nguyên nhân thất thoát nước

NGUYÊN NHÂN BÊN NGOÀI:

 Phát sinh từ môi trường bên ngoài

 Sự gia tăng tải trọng của giao thông  Thực hiện các biện pháp

bảo vệ ống

 Những lỗ hổng xung quanh ống do rò rỉ trước đó

 Sự dịch chuyển của nền móng (lún sụt)  Quản lý chất lượng thi công

 Khác biệt giữa thiết kế và thực tế  Nâng cao chất lượng khảo

sát và thiết kế

 Đất bị ô nhiễm do nước thải công nghiệp  Bọc phủ bảo vệ ống

 Phát sinh từ các công trình hoặc thiên tai

 Do các công trình khác gây ra khi xây dựng công

trình của họ

 Theo dõi thi công các công trình ngầm để bảo vệ đường ống cấp nước

 Do các công ty khác sửa chữa những công trình của

họ

 Sự biến đổi điều kiện nền móng do tác động bởi tải

trọng của phương tiện giao thông hoặc động đất

 Theo dõi, tăng cường quản

lý đường ống để có biện pháp bảo vệ kịp thời

02 THẤT THOÁT NƯỚC VÔ HÌNH

 Đục đường ống, đấu nối trái phép, đào câu lấy nước  Kiểm tra, phát hiện và xử lý

Bảng nguyên nhân thất thoát nước

 Sử dụng nước sai định mức, mục đích  Kiểm tra định mức, giá biểu

và xử lý

 Nước yếu hoặc không nước, khách hàng sử dụng

nước không hoặc làm thay đổi đường ống nhánh để

bơm rút nước

 Tăng cường kiểm tra tình hình sử dụng nước của khách hàng trong khu vực

và có biện pháp ngừa (quản

lý các phụ kiện, quản lý chì niêm…)

Nguồn: Công ty CP CN Phú Hoà Tân, 2009

1.1.3 Tình hình thất thoát nước trên thế giới

Nhiều nước từ lâu đã đặt vấn đề nghiên cứu chống thất thoát nước và có những dự án cụ thể như Anh, Pháp, Đức, Italia, Canada, Phần Lan, Triều Tiên, Thổ Nhĩ Kỳ, Malaysia Có những nước như Malaysia đã coi nghiên cứu chống thất thoát nước là một chiến lược quốc gia và

đã có dự án tổng thể cho toàn quốc

Việc quản lý thất thoát nước không phải chỉ là mối quan tâm hàng đầu của các đô thị ở nước ta hoặc các nước đang phát triển mà cả ở các quốc gia phát triển khác Tuy nhiên nếu so sánh ở những con số về tỷ lệ phần trăm lượng nước bị thất thoát, ta sẽ thấy các đô thị ở các nước phát triển thấp hơn nhiều so với các đô thị ở các nước đang phát triển châu Á, châu Phi, điển

hình như tại Đan Mạch lượng nước thất thoát bình quân là 6% và trong đó thất thoát cơ học là

dưới 2%, OSACA (Nhật) thất thoát bình quân là 7%; Úc thất thoát bình quân 10 – 12% (Khin

Myat Nwe, 2008) Điều này cũng dễ hiểu vì hệ thống cấp nước ở các quốc gia này hiện nay

tương đối hoàn hảo với mức độ tự động hóa cao về kiểm soát chế độ làm việc của hệ thống, công tác quản lý thất thoát nước luôn được chú trọng và có biện pháp khống chế, việc sử dụng các thiết bị hiện đại phục vụ công tác phòng chống thất thoát nước và ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý vận hành cũng góp phần làm giảm thất thoát nước

Bảng 1.3: Ước tính tỷ lệ thất thoát – thất thu của thế giới

Tỷ lệ Khối lượng, tỷ m³/năm Thất thoát

hữu hình

Thất thoát thương mại

Thất thoát hữu hình

Thất thoát thương mại

Hình 1.2: Tỷ lệ NRW tại một số đô thị trên thế giới năm 2003

Nguồn: González-Gómez và cộng sự, 2011

1.1.4 Tình hình thất thoát nước tại Việt Nam

Tỷ lệ nước thất thoát trong hệ thống cấp nước các đô thị Việt Nam đang ở tình trạng báo động Trong khi nhiều nước trên thế giới người dân đô thị luôn đủ nước dùng, các công ty cấp nước hoạt động kinh doanh đều có lãi và ngày càng phát triển như một ngành công nghiệp độc lập thì các đô thị của ta nhiều khu vực dân thiếu nước, hoạt động kinh doanh của các công ty cấp nước hầu như nhà nước phải bù lỗ Những năm qua, tình hình thất thoát, thất thu của hệ thống cấp nước đô thị trong cả nước còn rất cao, với tỷ lệ bình quân khoảng 40%, trong đó: Hà Nội thất thoát 52%, Trà Vinh 50%; Thấp nhất là Huế, Đà Lạt, Vũng Tàu khoảng 20% - 25% (Southeast Asian Water Utilities, 2005)

Hình 1.3: Tỉ lệ thất thoát nước bình quân tại các Tỉnh năm 2005

Nguồn: Southeast Asian Water Utilities, 2005

1.1.5 Thực trạng thất thoát nước tại Tp.HCM

Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) hiện đang trong tình trạng thiếu nước sạch trầm trọng

do công suất cấp nước chưa thỏa mãn nhu cầu thực tế Tỷ lệ hộ dân được sử dụng nước sạch chỉ đạt 89 % (SAWACO, 2012) Bên cạnh đó, Tp.HCM là nơi có tỷ lệ thất thoát nước cao nhất trong

cả nước với 36,54% vào 2013, điều này đã góp thêm vào sự thiếu hụt nước sạch cung cấp cho người dân Mặc dù các hoạt động sửa chữa và thay thế tuyến ống, van, mối nối, đồng hồ hiện đã

và đang được triển khai trên toàn địa bàn thành phố nhưng tỷ lệ nước không doanh thu vẫn ở mức cao

Tỷ lệ thất thoát nước tại Tp.HCM không đồng đều giữa các khu vực trên địa bàn thành phố, tỷ lệ nước không doanh thu tùy thuộc vào vị trí mỗi khu vực trên mạng lưới cấp nước và tùy thuộc đặc điểm đường ống ở mỗi khu vực Đối với những khu vực ở đầu mạng lưới, áp lực nước mạnh nên mức rò rỉ trên các đoạn ống xuống cấp thường cao hơn những khu vực khác

Trước đây, nguồn nước cung cấp vào mạng lưới chủ yếu từ Nhà máy nước Thủ Đức (phía Đông Thành phố) Do đó, các khu vực cuối nguồn như: khu vực Quận 5, 6, 8, 11, Tân

2004), một số khu vực cuối nguồn trở thành đầu nguồn của Nhà máy nước Tân Hiệp, áp lực tăng cao đã gây một số khó khăn, trở ngại trong công tác giảm nước không doanh thu

Tại các thời điểm gia tăng công suất cấp nước thì tỷ lệ thất thoát nước cũng biến động đột ngột theo chiều hướng tăng lên Đó là hệ quả của việc áp lực nước trong ống tăng nhưng chất lượng đường ống kém do đã sử dụng lâu năm Vì vậy, nếu không cải thiện mạng lưới đường ống nước tại Tp.HCM thì nỗ lực tăng công suất cấp nước cũng trở nên vô ích trong điều kiện mạng lưới như hiện nay

Hình 1.4: Tỷ lệ nước không doanh thu tại Tp.HCM (2007-2011)

Nguồn: SAWACO, 2011

Số liệu theo dõi thất thoát nước từ tháng 12/2007 đến tháng 03/2011 cho thấy, tỷ lệ NRW

tại Tp.HCM dao động trong khoảng 36% - 47% Mức cao nhất vào tháng 3/2011 (47%) và mức thấp nhất vào tháng 11/2010 (36%) Tỷ lệ thất thoát cao thường tập trung vào tháng hai hoặc tháng ba hằng năm Đây là khoảng thời gian lễ Tết Nguyên Đán nên mức sử dụng nước thấp, áp lực trên mạng lại cao dẫn đến xuất hiện nhiều điểm rò rỉ hay bể ống Thêm vào đó, trong khoảng thời gian này công nhân nghĩ Tết, vì vậy công tác kiểm tra và sửa chữa các điểm rò rỉ không được thực hiện kịp thời

Giới thiệu về mô hình thủy lực

1.2

1.2.1 Khái niệm

Mô hình thủy lực là: sự mô phỏng lại quy luật, diễn biến, hoạt động của nước và các thành phần

trong nước bằng phần mềm máy tính

Mô ph ng m ng ưới à: mô phỏng sự vận động của các đại lượng trong mạng Xuất phát từ

mạng lưới hiện có hoặc thiết kế mới, với các dữ liệu đã có hoặc được cập nhật như các số liệu cung cấp, tiêu thụ trong ngày, cuối cùng là dựa trên các phương pháp diễn toán để mô tả sự vận động của các đại lượng trong mạng ở các điều kiện khác nhau với độ chính xác có thể chấp nhận được

Một mô hình thường có các chức năng sau:

 Mô phỏng thủy lực mạng lưới cấp nước gồm: vận tốc, cao trình, áp lực…

 Mô phỏng chất lượng nước: vết nước, tuổi nước và chuyển tải chất

Bảng 1.4: Lịch sử phát triển của mô hình thủy lực Khoảng thời

gian

Những thành tựu quan trọng

1930 – 1939 Phương pháp Hardy-Cross (dựa trên công thức của Hazen-Williams)

1940 – 1949 Máy phân tích điện toán của McElroy

1950 – 1959 Các tổ chức của những thành phố lớn ở Mỹ như Dallas, Texas, đã phát triển

những chương trình thủy lực riêng

Máy tính với bộ nhớ khổng lồ ra đời để chạy những chương trình này

1960 – 1969 Những chương trình lớn hơn do các trường đại học phát triển cả về phần mềm

và phần cứng, đã tạo nên bước tiến bộ cho mô hình thủy lực phát triển đến ngày nay

1970 – 1979 Về phần cứng: máy tính để bàn đầu tiên đã được giới thiệu vào năm 1975

Về phần mềm: đã được nâng cấp lên, tập trung vào sự cải tiến bên trong như tính toán đường ống, van điều hòa áp lực, sự mô phỏng thời gian kéo dài,…đã

Khoảng thời

gian

Những thành tựu quan trọng

hình thủy lực được tiếp tục sử dụng cho việc lập kế hoạch lớn “Sự mô ph ng

chu kỳ kéo dài” xuất hiện, nhưng không được sử dụng rộng rãi

1980 – 1989 Máy tính để bàn có ảnh hưởng lớn đối với ngành công nghiệp

Những chương trình ứng dụng thân thiện hơn với người sử dụng, những gói phần mềm trở nên phổ biến hơn nhờ các thương gia

Cải tiến phần mềm và mô hình EPS ra đời

1990 – 1999 Tạo nên một sự thay đổi lớn về lĩnh vực mô hình thủy lực nhờ những mô hình

chất lượng nước ra đời và liên kết với những ứng dụng khác như: EPANET, WaterMap, PIPE-FLO, KYPIPE2, FAAST-3, WATNET

Máy tính bàn tiếp tục đóng vai trò quan trọng và trở nên mạnh mẽ hơn nhưng giá thành cũng giảm đi nhiều hơn

Những kết nối để truyền tải dữ liệu từ hệ thống AM/FM/GISs/ SCADA, và hệ thống thông tin khách hành cũng được phát triển

Nguồn: Lee Cesario, 1995

1.2.2 Các loại mô hình thủy lực trên thế giới

Mô phỏng chất lượng nước/ thoát nước đô thị, gồm có các phần mềm sau:

 BEMUS (Belgrade Model of Urban Sewers)

 SWMM (Storm Water Manegement Model)

 DORA/DOUBLE ORDER APPOXIMATION METHOD

 PRE – COMPETITIVE URBAN DRAINAGE FLOW MODELS

Mô hình thủy lực mô phỏng mạng lưới cấp nước:

1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước

Đối với lĩnh vực quản lý cấp nước, kết hợp GIS-mô hình thủy lực và SCADA hỗ trợ công tác kiểm soát thất thoát của hệ thống phân phối nước đạt hiệu quả cao hơn Điều này được chứng minh thông qua những kết quả đã đạt được của các đề tài nghiên cứu tại một số vùng, quốc gia trên thế giới như sau:

 M Tabesh và cộng sự - (2009) đã đề xuất mô hình tích hợp để đánh giá tổn thất nước sạch trong hệ thống phân phối nước tại Iran

Nghiên cứu này đã giới thiệu cách xác định lượng nước không doanh thu trong hệ thống mạng lưới cấp nước đô thị bằng các phương pháp sau: cân bằng nước, phân tích dòng chảy trung bình ban đêm, sử dụng mô hình mô phỏng Phần mềm đã liên kết với mô hình thủy lực EPANET giúp xác định được vị trí rò rỉ tại mỗi nút và trên đường ống trong toàn bộ hệ thống Ngoài ra, nó còn tích hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) để phân tích mạng lưới và liên kết

dữ liệu thuộc tính với bản đồ

Nghiên cứu bước đầu thử nghiệm tại một thị trấn ở Iran với dân số 28.000 người và mạng lưới cấp nước gồm 5.722 đường ống phân phối, tỷ lệ nước không doanh thu 41% Sau khi áp dụng GIS kết hợp mô hình thủy lực, các nhà quản lý đã thiết kế lại chương trình kiểm soát thất thoát nước Kết quả đạt được là kiểm soát được thêm 30% lượng thất thoát vô hình trong hệ thống phân phối nước

 Nancy Ndirangu và cộng sự - (2013) đã đề xuất giải pháp áp dụng công cụ GIS và một số công cụ khác trong việc hỗ trợ công tác quản lý hệ thống cấp nước nhằm mục đích giảm tỷ lệ nước không doanh thu tại công ty cấp nước Nakuru

Tỷ lệ nước không doanh thu (NRW) tại Kenya (một quốc gia phía đông Châu Phi) khoảng 41% Tỷ lệ NRW cao đã ảnh hưởng lớn đến tài chính của các công ty cấp nước ở quốc gia này

Vì vậy, các nhà quản lý, đơn vị cấp nước đã không ngừng nổ lực giải quyết tình trạng này thông qua việc thực hiện cải cách nghiêm ngặt đối với ngành cấp nước

Trước thực trạng đó, công ty vê sinh môi trường Nakuru (NAWASSCO) cùng với các đối tác trong nước và các tổ chức quốc tế đã tích hợp GIS và MIS ( hệ thống quản lý thông tin) nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc ra quyết định trong công tác quản lý Chương trình thí điểm của Công ty cấp nước Nakuru tại Naka đã đạt được kết quả tốt Tỷ lệ nước không doanh thu giảm từ 45% (2010) xuống còn 15% (12/2012)

 Alaeddinne Eljamassi và cộng sự - (2013) đã xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS) quản lý mạng lưới cấp nước dựa trên công nghệ GIS-SCADA Nghiên cứu điển hình tài thành phố Rafah

Mục đích của nghiên cứu này nhằm đánh giá tình trạng hoạt động hiện tại, duy trì bảo dưỡng

hệ thống phân phối nước tại khu vực Rafah (là một dải đất ven biển Địa Trung Hải) Hiệu quả sử dụng nước tại khu vực này chỉ chiếm 45% do các nguyên nhân như: hệ thống mạng lưới đường ống cũ, do trộm cắp nước Rafah cần xây dựng một một hệ thống quản lý nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí và giảm thiểu sai sót trong quá trình vận hành cũng như bảo trì hệ thống phân phối nước Kết quả đạt được của công trình nghiên cứu này là đã xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS) quản lý mạng lưới cấp nước dựa trên sự tích hợp công nghệ thông tin địa lý (Arc Gis 9.3) và mô hình thủy lực WaterGems/WaterCad

 A Miguel và cộng sự - (2012) đã tích hợp GIS và phân chia DMAs (District Meter Areas) một cách hiệu quả nhằm mục đích kiểm soát tổn thất trong những khu vực cấp nước rộng lớn và phức tạp Nghiên cứu ứng dụng tại thành phố Sao Paulo, Brazin

Một nghiên cứu tại trung tâm thương mại Alpina thuộc thành phố Sao Paulo-Brazil được thực hiện bởi công ty Nước và Vệ Sinh Môi Trường (SABESP) Đây là một trong những thành phố lớn nhất Brazil, Alpina là nơi có thất thoát nước cao nhất thành phố này Nghiên cứu này chỉ tập trung xem xét đến rò rỉ thực tế Khu vực nghiên cứu được chia làm 5 phân khu với 24 DMA Nghiên cứu thực hiện các nội dung sau:

 Nghiên cứu phân tích cân bằng nước

 Thành lập bản đồ thể hiện khu vực có áp lực cao

 Chồng lớp bản đồ để xác định vị trí quan trọng, nơi có tần suất bể đường ống truyền dẫn hoặc ống phân phối cao

 Thành lập bản đồ các điểm rò rỉ trên đường ống truyền dẫn và phân phối

Sau khi phân chia DMA kết hợp ứng dụng công cụ GIS trong công tác kiếm soát thất thoát nước, tổng lượng nước thất thoát tại Alpina đã giảm từ 508L/conn/ngày vào năm 2007 xuống 336L/conn/ngày vào năm 2011 Chỉ số rò rỉ ILI giảm từ 9,5 vào năm 2007 còn 5,4 vào năm

2009

Thành phố Cincinnati (miền Tây Nam, Bang Ohio, Hoa Kỳ) đã phải đối mặt với tình trạng xuống cấp của hệ thống cấp nước với công suất 50 tỷ gallon nước mỗi năm Chính quyền thành phố Cincinnati đã tiến hành ứng dụng GIS và mô hình thủy lực trong quản lý mạng lưới cấp nước Kết quả cho thấy ứng dụng GIS sẽ tiết kiệm cho thành phố 11 triệu USD trong khoảng thời gian 15 năm, với việc hoàn vốn dự kiến trong vòng 8 năm

1.3.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước

 Nguyễn Hoàng Sơn, Bùi Thị Thanh Tâm (2010) đã nghiên cứu tích hợp dữ liệu GIS dưới dạng Shapefile vào mô hình thủy lực WaterGEMs Trong nghiên cứu đã trình bày được quy trình thực hiện tích hợp dữ liệu GIS và tính toán áp lực, lưu lượng, phân tích tìm kiếm vị trí rò rỉ và

mô phỏng lan truyền chất trong mạng lưới đường ống cấp nước trên địa bàn quận 1, quận 3 tại Tp.HCM Nghiên cứu đã phân tích đánh giá hiện trạng chất lượng nước, so sánh và lựa chọn mô hình thuỷ lực phù hợp với điều kiện nghiên cứu Ứng dụng GIS và mô hình thủy lực kiểm soát thất thoát nước tại các vùng nghiên cứu và đề xuất giải pháp dựa trên kết quả đánh giá và kết quả chạy mô hình

Hình 1.5: Quy trình thực hiện trong nghiên cứu

 Nguyễn Thị Xô (2014) đã thực hiện nghiên cứu trên mạng lưới phân phối thuộc khu vực

1 DMA thuộc địa bàn quản lý của Công ty CPCN Chợ Lớn Nghiên cứu đã tích hợp được hệ thống GIS và mô hình thủy lực WaterGEMs để tính toán mô phỏng hoạt động của hệ thống mạng lưới cấp nước từ đó ứng dụng công cụ Darwin Calibrator để phân tích dò tìm vị trí rò rỉ trên đường ống cấp nước Nghiên cứu đã trình bày các bước thực hiện vận hành trên mô hình thủy lực WaterGEMs một cách cụ thể và cũng đã thu được một số kết quả đáng lưu ý như: Mô phỏng được các thông số áp lực, lưu lượng, vận tốc và hướng dòng chảy của mạng lưới đường phân phối tới người sử dụng Ngoài ra, trong nghiên cứu này còn khoanh vùng những khu vực có khả năng rò rỉ cao trên địa bàn nghiên cứu và đã được kiểm chứng với 2 điểm bể tại tuyến đường Hậu Giang

Hình 1.6: Các vị trí rò rỉ trên mạng lưới đường ống cấp nước trên mô hình nghiên cứu tại

thời điểm 0h

 Lê Văn Dực (2006) đã thực hiện nghiên cứu “Tích hợp công nghệ thông tin địa lý và mô hình toán thủy lực – HYDGIS để quản lý một mạng lưới cấp nước thành phố lớn” Trong nghiên cứu ngày, tác giả đã đưa ra mô hình tích hợp Thủy Lực (HYD) và Công nghệ Thông tin Địa lý (GIS), gọi tắt là HYDGIS để quản lý mạng lưới cấp nước Mô hình này có thể quản lý tốt các đối tượng của mạng lưới đường ống thông qua bản đồ số tượng hình, tiện dụng trong việc nhập liệu

và trình bày kết quả Bên cạnh đó, chương trình thủy lực hỗ trợ cung cấp các kết quả tính toán sự phân phối lưu lượng trong các nhánh, áp suất ở các nút và tình trạng vận hành của hệ thống Chương trình GIS đảm nhận việc tạo lập bản đồ địa lý gồm bản đồ nền khu vực, bản đồ chuyên ngành trong lãnh vực cấp nước; quản lý và khai thác các dữ liệu có liên quan đến các đối tượng trong bản đồ số Chương trình Thuỷ Lực đảm nhận nhiệm vụ tính toán thuỷ lực để tìm ra sự phân

bố áp suất và lưu lượng trong mạng lưới Nó cũng cho phép người sử dụng tạo lập mạng lưới đường ống; nhập liệu, cập nhật và khai thác kết quả dưới dạng bảng và biểu đồ

Hình 1.7: Ví dụ mẫu mô hình thực hiện trong nghiên cứu Giới thiệu về Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn

1.4

 Tên doanh nghiệp: TỔNG CÔNG TY CẤP NƯỚC SÀI GÒN TNHH MTV

 Tên giao dịch: SAIGON WATER CORPORATION

 Tên viết tắt: SAWACO

 Địa chỉ trụ sở chính: 01 Công trường Quốc tế, Phường 06, Quận 3, Thành phố Hồ Chí Minh

 Ngành nghề kinh doanh: Là Công ty Trách nhiệm hữu hạn một thành viên vốn nhà nước 100%, theo mô hình Công ty mẹ - Công ty con hoạt động đa ngành đa nghề, hoạt động chính

là sản xuất và cung cấp nước

 Tên cơ quan sáng lập: Ủy Ban Nhân dân Thành Phố Hồ Chí Minh

 Quyết định thành lập doanh nghiệp nhà nước số 85/2005/QĐ-UB ngày 24/05/2005 của Ủy ban nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh