Tài liệu Nghiên cứu xác nhận nguyên nhân và đề xuất các giải pháp giảm thiểu thất thoát nước sạch cho hệ thống cấp nước đô thị tp. hồ chí minh (tóm tắt)

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế - văn hóa - xã hội lớn nhất Việt Nam với dân số xấp xỉ 8 triệu người (thường trú). Hiện nay hệ thống cấp nước Tp.HCM có tỷ lệ thất thoát nước sạch rất cao (năm 2013 là 34%). Các tuyến ống truyền tải và phân phối nước sạch qua một thời gian dài sử dụng đã xuống cấp gây rò rỉ ngầm, làm lượng nước thất thoát tăng cao kéo dài nhiều năm, gây lãng phí tài nguyên nước thô, năng lượng, hóa chất, hiệu quả kinh tế trong sản xuất nước sạch, gia tăng chi phí xây dựng - vận hành nhà máy xử lý nước và mạng lưới cấp nước trong tương lai. Thực trạng này gây ảnh hưởng lớn đến vấn đề cung cấp nước sạch cho Tp.HCM. Do đó, đề tài luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu xác nhận nguyên nhân và đề xuất các giải pháp giảm thiểu thất thoát nước sạch cho hệ thống cấp nước đô thị thành phố Hồ Chí Minh” rất cần thiết để góp phần giải quyết tình trạng thất thoát nước sạch như hiện nay, hướng đến khai thác hiệu quả và bền vững hệ thống cấp nước Tp.HCM. Mục tiêu nghiên cứu (1) Xác nhận được nguyên nhân gây thất thoát nước cơ học trên mạng lưới cấp nước Thành phố; (2) Xác định được các nguyên nhân gây thất thu nước sạch; (3) Đề xuất các giải pháp khả thi giảm thiểu thất thoát nước cơ học và thất thu trên mạng lưới cấp nước Tp.HCM. Đối tƣợng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: (1)Thất thoát nước cơ học và thất thu nước; (2) Mạng lưới cấp nước của vùng cấp nước Bến Thành – gồm các tuyến phân phối và dịch vụ; (3) Hai cụm cấp nước thuộc khu vực Nhà Bè và Bình Dương; (4) Các đối tượng sử dụng nước cho mục đích sinh hoạt, hành chính - văn phòng và thương mại - dịch vụ ở Tp.HCM; (5) Phương pháp điều tiết áp lực chủ động. Phạm vi nghiên cứu (1) Nghiên cứu thất thoát cơ học trên mạng lưới phân phối nước sạch Tp.HCM; (2) Nghiên cứu thất thu trên các đối tượng tiêu thụ nước sạch Tp.HCM; (3) Nghiên cứu điều tiết áp lực chủ động trên 02 cụm cô lập cấp nước (DMA) điển hình tại vùng cấp nước Nhà Bè và vùng cấp nước Thủ Đức-Bình Dương. Phƣơng pháp nghiên cứu (1) Phương pháp thu thập thông tin tài liệu; (2) Phương pháp thống kê; (3) Phương pháp khảo sát điều tra thực tế; (4) Phương pháp kế thừa; (5) Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm; (6) Phương pháp so sánh. Tính mới của luận án Xây dựng được phương pháp xác định tỷ lệ giữa thất thoát và thất thu theo số liệu hiện trạng và theo kết quả nghiên cứu; từ đó cho phép xác định chiến lược phù hợp để giảm thiểu thất thoát nước. Đề xuất giải pháp giảm thiểu thất thoát và thất thu nước sạch Đề xuất mô hình quản lý chống thất thoát và thất thu, đảm bảo quy hoạch cấp nước, giảm thiểu nguy cơ khoan và sử dụng nguồn nước dưới đất tại Tp.HCM. Tính khoa học của luận án Xác lập thứ tự ưu tiên trong việc thực hiện giảm thiểu thất thoát nước phù hợp đặc trưng áp lực và mạng lưới cấp nước Tp.HCM. Xác định được các nhóm đối tượng gây thất thu cao, từ đó giúp đơn vị cấp nước có kế hoạch thực hiện giảm thiểu thất thu có lựa chọn, đúng đối tượng. Xác định được việc điều tiết áp lực chủ động theo điểm bất lợi trong cụm cấp nước cô lập đem lại hiệu quả trong việc giảm lượng nước thất thoát do rò rỉ phù hợp điều kiện Tp.HCM. Xác định được các vị trí rò rỉ thường gặp, hoặc tái xuất hiện. Ý nghĩa thực tiễn của luận án (1) Kinh tế: Giảm tỉ lệ thất thoát nước đồng nghĩa với tiết kiệm một khoản chi phí rất lớn; (2) Môi trường: góp phần bảo vệ nguồn nước và môi trường, tiết kiệm năng lượng; (3) Xã hội: Đảm bảo người dân đều được dùng nước sạch, nâng cao chất lượng cuộc sống người dân; (4) Kết quả nghiên cứu này có thể ứng dụng cho các thành phố khác có điều kiện tương tự như thành phố Hồ Chí Minh, ví dụ như Hà Nội, Hải Phòng,... 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Định nghĩa Bảng 1.1: Bảng cân bằng nước của Hiệp hội Nước Quốc tế1 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). 1.2 Ý nghĩa của việc giảm thất thoát nƣớc (1) 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; (2) Kinh tế - Tiết kiệm năng lượng; (3) Bảo vệ môi trường: giảm lượng điện năng, hóa chất sử dụng sản xuất nước sạch góp phần giảm ô nhiễm môi trường... (4) Bảo vệ hạ tầng. 1.3 Thực trạng và cấc nghiên cứu thất thoát nƣớc ở ngoài nƣớc 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 1 Theo bảng cân bằng nước của Hiệp hội Nước Quốc tế (International Water Association – IWA) 3 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 nƣớc 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. Kêt quả: Tỷ lệ thất thoát nước sạch giảm từ 72% (1993) xuống còn 6% (2006).  Một số kinh nghiệm, giải pháp chống thất thoát, thất thu nƣớc sạch trên thế giới 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. 1.4 Tình hình thất thoát nƣớc 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). 1.5 Thất thoát nƣớc tại Thành phố Hồ Chí Minh 4 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. 1.6 Các nguyên nhân gây thất thoát nƣớc sạch tại Tp. HCM 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 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, v ô hiệu hóa đồng hồ, tác động nhân viên của công ty nước để ghi số lượng sử dụng nước thấp hơn thực tế...); Do đồng hồ nước (chất lượng đồng hồ kém, sai số đồng hồ, lắp đặt đồng hồ sai quy cách...); Do công tác quản lý thay thế và ghi số đồng hồ; 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...). Bảng 1.2: Các dự án nghiên cứu thất thoát nước tại Tp. Hồ Chí Minh Dự án Dự án FASEP No 649 – Việt Nam “Xác định thành phần và tính chất của thất thoát nước trên vùng An Điền – An Phú, Thành phố Hồ Chí Minh. Xác định và tiến hành các giải pháp để giảm thiểu” do FLUIDIS (France) tiến hành trên vùng thực nghiệm An Điền – An Phú 5 Nhận xét - Đánh giá 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 (Thảo Điền) Dự án Nghiên cứu quản lý thất thoát nước cho công ty Cấp Nước ia Định (NRW Management in the ia Định) tại 2 quận Phú Nhuận và ia Định do MIYA (Israel) và MAYNILAD (Philippines) phối hợp thực hiện cuối năm 2010 Dự án giảm TTN Tp.HCM–do WORLD BANK tài trợ thực hiện trên khu vực trung tâm Tp.HCM 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 Nhận xét - Đánh giá 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 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. 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 1.7 Dự báo diễn biến thất thoát nƣớc tại TP. HCM và định hƣớng giải pháp giảm thất thoát nƣớc 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 áp lực đã có nhiều thay đổi đáng kể, từ phương pháp điều tiết áp lực cố định thành các 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. Đây chính là phương pháp cần được nghiên cứu để áp dụng tại Tp. HCM nhằm giải quyết tỷ lệ thất thoát nước cao như hiện nay mà vẫn phù hợp với khả năng đầu tư của thành phố. 6 1.8 Các phƣơng pháp chống thất thoát nƣớc Phƣơng pháp Cụm cấp nƣớc có kiểm soát (District Metering AreaDMA): Mạng cấp nước được cô lập kín với một ng vào duy nhất (có thể có nhiều ng 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 đề nghị nghiên cứu): 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). CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm về thất thoát, thất thu nƣớc 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, 7 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. 2.2 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. 2.3 Cơ sở lý thuyết về thất thu Phƣơng pháp đo lƣờng (thiết bị đo lƣờng) 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 2.1: 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 2.4 Một số công thức tính chỉ số thất thoát nƣớc Theo tỷ lệ %: Tỷ lệ thất thoát nước (%TT) được xác định theo công thức: 8 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): Chỉ số rò rỉ hạ tầng ILI: ILI = Trong đó: CARL là lượng nước thất thoát hữu hình hàng năm hiện thời (current annual volume of real losses) và UARL là thất thoát hữu hình tất yếu (unavoidable annual real losses) tính bằng: UARL (lít/ngày) = (18 x Lm + 0,8 x Nc + 25 x Lp) x P Công thức tính lượng nước dùng tối thiểu – tối đa trong ngày (theo TCVN 33:2006) được xác định theo công thức: ∑ Qngàytb (m3/ngày) = 2.5 Kỹ thuật giảm thất thoát nƣớc Kỹ thuật giảm thất thoát cơ học Việc dò tìm rò rỉ và xử lý thất thoát cơ học dựa trên các phương pháp cơ bản sau: (1) Phương pháp cơ học, đào dọc theo đường ống để tìm bể và xử lý; (2) Phương pháp hóa học xác định điểm bể bằng sự lan truyền màu trên mặt đất hoặc giảm nồng độ hóa chất trong ống; (3) Phương pháp sử dụng bằng sóng siêu âm; (4) Phương pháp lan truyền âm khi nước có áp thoát ra qua vị trí bể gây nên tiếng ồn đặc trưng; (5) Phương pháp điều tiết áp lực và lưu lượng. Hiện nay, kỹ thuật phát hiện rò rỉ để giảm thất thoát nước cơ học chủ yếu dựa trên phương pháp lan truyền âm. Để giảm thất thoát nước, ngoài việc xử lý các điểm rò rỉ được phát hiện, giải pháp dùng van giảm áp để cố định áp lực vào vùng cấp nước cũng được sử dụng. Kỹ thuật giảm thất thu Về lý thuyết, thất thu chủ yếu do: (1) Các điều kiện khách quan như việc lắp đặt thiết bị đo không đúng làm ảnh hưởng đến sai số của thiết bị; (2) Điều kiện chủ quan do tác động của các đối tượng tiêu thụ, do lưu lượng tiêu thụ thấp hơn lưu lượng khởi động. 9 Các kỹ thuật để giảm thiểu thất thu chủ yếu tập trung vào: (1) Triệt tiêu các ảnh hưởng tác động đến thiết bị đo đếm bằng cách thay thế các đồng hồ hết thời hạn kiểm định, gắn van hạn chế lưu lượng nhỏ giọt trước đồng hồ hiện hữu; (2) Tìm kiếm các gian lận khách hàng như đấu nối phía trước đồng hồ, dùng nam châm để quay chậm, dừng đồng hồ... CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP – MÔ HÌNH VÀ NỘI DUNG THỰC HIỆN 3.1 Nghiên cứu thất thoát cơ học Cơ sở lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu Cơ sở lựa chọn: Tp.HCM có 6 vùng cấp nước được quản lý, khai thác bởi 8 công ty cổ phần cấp nước. Thực hiện thu thập số liệu về thất thoát cơ học tại các công ty cấp nước cho phép xây dựng dữ liệu toàn diện cho toàn Thành phố về đặc trưng rò rỉ như tần suất, vị trí, số lượng…để phân tích, đánh giá. Phƣơng pháp và thực nghiệm: Phương pháp nghiên cứu được tóm tắt như sau đồ dưới đây: Xây dựng mẫu bảng khảo sát, gồm 2 thành phần: - Các nguyên nhân gây bể trên đường ống phân phối - Mức độ ưu tiên áp dụng các biện pháp chống thất thoát nước sạch Thu thập thông tin, khảo sát số liệu tại các công ty Cấp nước trên địa bàn Tp. HCM Thống kê đặc trưng các vị trí rò rỉ trên MLCN, đưa ra dự đoán ban đầu Thực nghiệm dò tìm rò rỉ tại các địa bàn CN để xác nhận lại số liệu và đánh giá hiệu quả của phương pháp dò tìm rò rỉ Xác định đặc điểm thất thoát nước trên địa bàn Tp. HCM 10 Thu thập và phân tích số liệu Bảng 3.1: Vị trí bể Ống cái Đai khởi thuỷ Van cóc Ống nhánh Van góc Khác Tổng Các vị trí bể trên mạng phân phối thuộc khu vực quản lý của các công ty cấp nước trên địa bàn Tp. HCM Bến Gia Phú Hòa Tân Chợ Nhà Thành Định Tân Hòa Lớn Bè 49 1.191 3 49 187 55 67 214 19 34 449 48 136 225 2 36 1 35 588 7.114 725 1.328 1.574 716 8 456 182 414 535 117 6 865 2 9 840 23 854 10.065 933 1.870 3.586 994 Bảng 3.2: Kết quả bảng th m Các biện pháp chống thất thoát nƣớc Xây dựng mô hình DMA Care taker Dò tìm rò rỉ Thay đồng hồ mới Phương pháp tổng hợp Quản lý áp lực các iện pháp chống thất thoát nước sạch Bến Gia Trung Chợ Thủ Thành Định An Lớn Đức 9,00 9,94 8,00 9,50 8,00 7,71 8,67 8,13 9,50 8,13 8,43 8,67 8,25 8,90 8,25 7,00 6,67 6,25 6,60 6,25 9,00 9,11 8,57 9,30 8,57 5,57 2,50 5,00 9,22 5,00 Kết quả bảng thăm dò đối với các biện pháp chống thất thoát cho thấy: (1) Các cá nhân trực tiếp chống thất thoát đều có chung ý kiến về các phương pháp chống thất thoát; (2) Các công ty cấp nước đã bắt đầu chú trọng đến vấn đề quản lý áp lực mạng lưới để chống thất thoát nước. Thực nghiệm dò tìm rò rỉ - khảo sát công trình ngầm Thực nghiệm các phương pháp dò tìm chống thất thoát nước trên địa bàn các công ty cấp nước để đánh giá hiệu quả trong việc dò tìm rò rỉ và giảm thất thoát nước, đánh giá hiệu quả của các thiết bị dò tìm rò rỉ. Thiết bị nghiên cứu: Thiết bị tiền định vị Ortomat; Thiết bị tương quan âm Log3000; Thiết bị khuyếch đại âm Log1A, Aquascope 3; Thiết bị bút dò bể nhanh Leakpen; Thiết bị dò tìm công trình ngầm USRADAR. Phương pháp thực hiện: (1) Tương quan âm và tiền định vị trên ống cái; (2) Phương pháp xác định bể dựa vào đồng hồ khách hàng; (4) Phương pháp nghe bể. 11 Thủ Đức 253 169 36 2.205 39 36 2.738 3.2 Nghiên cứu thất thu Tổng quan về khu vực nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu Khu vực nghiên cứu: Nghiên cứu chọn vùng cấp nước do Công ty cấp nước Bến Thành quản lý làm khu vực nghiên cứu, cụ thể là khu vực quận 1 và quận 3, Tp. HCM. Đối tượng nghiên cứu: (1) Đối tượng tiêu thụ nước cho mục đích sinh hoạt sử dụng đồng hồ khách hàng DN15, (2) Đối tượng tiêu thụ nước cỡ lớn cho mục đích hành chính-văn phòng (HCVP), thương mại-dịch vụ (TMDV), sản xuất sử dụng đồng hồ Woltman cấp B DN50-100mm. Cơ sở lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu Cơ sở lựa chọn: Công ty cấp nước Bến Thành thuộc vùng cấp nước số 1 của Tp.HCM, quản lý địa bàn quận 1 và quận 3; Đây là khu vực tập trung đa dạng các đối tượng sử dụng nước; Vì là khu vực trung tâm nên được quan tâm đầu tư và có khả năng ứng dụng nhiều loại công nghệ và thiết bị đo lường hiện đại; Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá ảnh hưởng của đối tượng tiêu thụ và thiết bị đo đến lượng nước thất thu. Xác định phần trăm thất thu từ các đối tượng này. Nghiên cứu và so sánh lượng thất thu giữa các nhóm đối tượng nghiên cứu. Thiết bị nghiên cứu: Đồng hồ cấp C thể tích DN15mm cho đối tượng dùng nước sinh hoạt cỡ nhỏ; Đồng hồ điện từ và Đồng hồ Turbine cấp C DN50, 80, 100mm cho đối tượng HCVP và TMDV; Phƣơng pháp và thực nghiệm: + Mô hình tiêu thụ sinh hoạt: Thay thế các đồng hồ DN15mm cấp B hiện hữu của các khách hàng tiêu thụ nước sinh hoạt sang đồng hồ thể tích DN15mm cấp C tại khu vực nghiên cứu. + Mô hình tiêu thụ HCVP và TMDV: Thay thế các đồng hồ cơ cấp B hiện hữu của các đối tượng tiêu thụ nước cỡ lớn cho mục đích HCVP và TMDV sang đồng hồ điện từ hoặc đồng hồ cơ turbine cấp C.  Sau khi thay thế tiến hành nghiên cứu lượng nước tiêu thụ của các hộ gia đình đã được thay thế đồng hồ để đánh giá ảnh hưởng của đối tượng tiêu thụ đến lượng nước thất thu. 12 3.3 Nghiên cứu điều tiết áp lực chủ động Cơ sở lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu Các phƣơng pháp điều tiết áp lực thông thƣờng: Điều áp thủ công cho mạng lưới phân phối bằng hệ thống van điều áp đóng mở thủ công; Xây dựng các bể chứa, đài nước điều hòa và trạm bơm tăng áp để điều tiết áp lực cho các vùng cấp nước lớn,… là khả thi về mặt kỹ thuật nhưng không khả thi trong thực tế; Cố định giá trị áp lực tại đầu vào của mạng thông qua một van điều áp để giảm áp lực dư vào ban đêm, tuy nhiên chênh lệch áp lực ngày đêm trong DMA là tương đối lớn gây nên tình trạng dư áp lực vào ban đêm và thiếu áp lực vào ban ngày. Hình 3.1: Biểu đồ áp lực trong DMA khi sử dụng van giảm áp truyền thống P3: Áp lực điểm bất lợi nhất trong DMA Phương pháp điều tiết áp lực chủ động Điều tiết áp lực chủ động theo áp lực điểm bất lợi nhất (áp lực P3) để giảm lượng nước thất thoát bởi áp lực dư trong mạng lưới vào giờ thấp điểm cũng như tăng cường áp lực và lưu lượng vào giờ cao điểm theo thực tế tiêu thụ. Thiết bị nghiên cứu: Hình 3.2: Sơ đồ kết nối đồng hồ lưu lượng, van điều áp, thiết bị điều tiết áp lực 13 Hình 3.3: Biểu đồ áp lực trong DMA khi điều tiết áp lực chủ động Phương thức xây dựng mô hình thực nghiệm điều tiết áp lực chủ động được tóm tắt như sơ đồ sau: Khảo sát hiện trạng, cô lập mạng lưới cấp nước, xác định vị trí điểm bất lợi nhất trong DMA Lắt đặt hệ thống hố đồng hồ, van giảm áp, sensor cảm ứng áp lực và bộ điều khiển i2O tại đầu vào mạng lưới; Lắp đặt sensor cảm biến áp lực tại vị trí điểm bất lợi Tiến hành theo d i mạng lưới để xác định sự thay đổi của các thông số, áp lực tối thiểu cần thiết để đảm bảo cấp nước an toàn Thay đổi chế độ hoạt động cho hệ thống bằng thủ công, mỗi lần thay đổi nhỏ để theo dõi độ hiệu quả hoạt động Khi đã có một chế độ tối ưu nhất, đưa hệ thống vào vận hành tự động và đánh giá hiệu quả Vùng thực nghiệm điều áp – Cấp nƣớc Nhà Bè (DMA 1041) 14 Tổng quan về vùng thực nghiệm: Là khu vực dọc theo hẻm 398/12 Trần Xuân Soạn, khu này có áp lực tại chân cầu Rạch Ông là 1,9bar. Tỉ lệ thất thoát của DMA 1041 là 34%. Đây là mạng lưới đã cô lập và chỉ có một đầu vào cấp nước. Tiến trình thực hiện: Xây dựng hầm đồng hồ tổng ISOMAG DN150mm và hệ thống van điều tiết áp lực-lưu lượng trực tiếp Dorot DN150mm. Bộ điều khiển lắp tại hầm đồng hồ để thu thập dữ liệu áp lực, lưu lượng qua đồng hồ tổng. Lắp đặt thiết bị đo áp lực tại điểm bất lợi nhất DMA để thu thập dữ liệu áp lực P3. Hình 3.4: Biểu đồ theo dõi áp lực- lưu lượng 1 tuần (từ ngày 20/09 đến 26/09/2013) trước khi thực hiện điều tiết áp lực Sau thời gian điều chỉnh áp lực theo chế độ lập trình thủ công, hệ thống được chuyển sang chế độ vận hành tự động: Áp lực P2 cao nhất là 1,3 bar vào giờ thấp điểm; nhỏ nhất là 0,55bar vào giờ cao điểm; Áp lực P3 cao nhất là 0,7 bar vào giờ thấp điểm; nhỏ nhất là 0,4bar vào giờ cao điểm, đây là giá trị tối thiểu cần đạt tại điểm bất lợi nhất để đảm bảo cấp nước an toàn. Vùng thực nghiệm điều áp – Cấp nƣớc Thủ Đức – Bình Dƣơng Tổng quan về vùng thực nghiệm: Vùng thực nghiệm DMA 19A tại vùng cấp nước Thủ Đức - Bình Dương có mạng lưới đường ống mới, nhiều nhà máy, xí nghiệp. DMA này đã được cô lập hoàn chỉnh với một đầu vào qua đồng hồ điện từ DN300 và van giảm áp PRV DN300 (áp lực sau van PRV cố định ở 3bar). 15 Tiến trình thực hiện: Từ dữ liệu áp lực - lưu lượng DMA 19A trong vòng 1 tuần (từ 14 20/04/2014) Hình 3.5: Biểu đồ theo dõi áp lực - lưu lượng DMA19A trước khi điều tiết áp lực (từ ngày 8/4 đến ngày 20/4/2014) Thực hiện điều áp theo áp lực điểm bất lợi, đến ngày 13/05/2014 áp lực tại điểm bất lợi từ 00-05h là 1,3bar. p lực điểm bất lợi đã giảm từ 2,8bar (23/04/2014) xuống còn 1,3bar (13/05/2014) vào thời điểm 00h đến 05h hàng ngày. Lưu lượng thấp nhất qua đồng hồ tổng là 11 lít/s. CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Kết quả nghiên cứu thất thoát cơ học Kết quả khảo sát chung Hình 4.1: Vị trí rò rỉ trên mạng phân phối Tp. HCM 16 Nhận xét: Vị trí xảy ra bể nhiều nhất là trên ống nhánh và tại van góc, ít nhất là tại van cóc và đai khởi thủy. Nguyên nhân là do ống nhánh và van cóc thường đặt cạn so với ống cái nên dễ bị tác động bởi các yếu tố bên ngoài (phương tiện giao thông, xây dựng các công trình trên mặt đất,…); và dễ bị rung lắc khi tác động vào đồng hồ nước (thay thế, sửa chữa đồng hồ) Bảng 4.1: Khu vực CN Chợ Lớn CN Bến Thành CN ia Định CN Thủ Đức CN Nhà Bè CN Trung An Số liệu thống kê số lượng điểm bể n tháng đầu n m 2013 Năm 2011 Năm 2012 6.760 (245) 6.744 (198) 2.066 1.502 5.493 (538) 2.246* 2.642* 1.875 (143) 1.744 (111) 1.750 (32) 2.226 (40) m 2011, 2012 và 6 6 tháng đầu năm 2013 3.586 (187) 854 (49) 4.572 (653) 2.738 (253) 994 (55) 1.605 (30) * CN Thủ Đức là số liệu 6 tháng đầu mỗi năm. Giá trị trong ngoặc là số điểm bể trên ống cái; Thực nghiệm dò tìm rò rỉ - khảo sát công trình ngầm Khu vực Thảo Điền: Số liệu từ công tác dò tìm điểm rò rỉ: (1) Tương quan âm và tiền định vị: 34 van có tín hiệu rò rỉ; (2) Phương pháp xác định bể trên đồng hồ khách hàng: Kiểm tra 7.951 đồng hồ nước; phát hiện 60 đồng hồ nước có tín hiệu rò rỉ; (3) Phương pháp nghe bể: xác định 273 điểm bể. Khu vực Bến Thành: Xác định chính xác vị trí của 10 điểm bể, tỷ lệ chính xác >83%, rò rỉ ngầm chủ yếu tại vị trí đai khởi thủy; Phát hiện các đường ống nhánh thất lạc tại Cầu Hoàng Hoa Thám, ống băng đường tại đường Bùi Thị Xuân. Khu vực ia Định: Xác định chính xác 2 điểm bể tại vị trí ống nhánh; Khu vực Nhà B : Xác định được chính xác 4 điểm bể (2 điểm bể tại đai khởi thuỷ và 2 điểm trên ống nhánh) tại đường Nguyễn Thần Hiến. Xây dựng hàm hồi quy mối liên hệ giữa lƣợng nƣớc rò rỉ và hiện trạng cấu tạo mạng lƣới 17 Dựa vào kết quả khảo sát rò rỉ và hiện trạng các khu vực tiến hành khảo sát, tác giả lập hàm hồi quy mối liên hệ giữa lượng nước rò rỉ và hiện trạng cấu tạo mạng lưới: c = f (số đấu nối; chiều dài theo đường kính ống) Kết quả phân tích cho thấy: + Lưu lượng rò rỉ chịu ảnh hưởng lớn từ số lượng các đấu nối; + Ảnh hưởng của các rò rỉ trên ống nhánh đối với lượng thất thoát là rất cao. Kết quả này tương tự như kết quả rút ra từ thực nghiệm dò tìm rò rỉ.  Kết quả nghiên cứu thất thu Kết quả khảo sát chung Các trường hợp thất thu: (1) Lượng nước phục vụ cho mục đích bảo trì mạng lưới phân phối và phòng cháy chữa cháy; (2) ian lận đồng hồ bằng cách tác động lên độ chính xác của đồng hồ, đấu nối bất hợp pháp; (3) Đồng hồ lắp sai vị trí, không đúng quy cách; (4) Đồng hồ đo đếm không chính xác hoặc hư hỏng. Nguyên nhân thất thu: Do gian lận khách hàng và do đồng hồ nước. Đối tƣợng sử dụng nƣớc sinh hoạt Kết quả thống kê cho thấy: khi thay đồng hồ cấp B bằng đồng hồ cấp C dạng thể tích thì sản lượng nước tiêu thụ trung bình hàng tháng tăng lên 4,68m3/tháng (tương ứng mức tăng 13% sản lượng nước tiêu thụ). Đối tƣợng sử dụng nƣớc cho hành chính – văn phòng Thực hiện theo d i lượng nước tiêu thụ của các đối tượng thực nghiệm và tiến hành so sánh với lượng nước tiêu thụ cùng kỳ năm trước. Kết quả theo d i lượng nước tiêu thụ cho thấy: Bảng 4.2: Tổng hợp sản lượng tiêu thụ tại các đối tượng HCVP Đối tượng HCVP 1 2 3 4 5 Sản lượng tăng (%) 6,2 9,8 Sản lượng giảm 9,0 7,5 6 5,3 Đối tƣợng sử dụng nƣớc cho thƣơng mại – dịch vụ Các đối tượng nghiên cứu này đều cho sản lượng tiêu thụ ghi nhận sụt giảm so với cùng kỳ năm trước (03-08/2012 và 03-08/2013). Cụ thể: 18 Bảng 4.3: Tổng hợp sản lượng tiêu thụ tại các đối tượng TMDV Đối tượng TMDV1 TMDV2 TMDV3 Sản lượng giảm 5,2% 7,0% 42% Các đối tượng tiêu thụ nước cho mục đích thương mại – dịch vụ bị phụ thuộc vào số lượng khách hàng mà các đối tượng này phục vụ, do đó việc thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các đối tượng này đến lượng thất thu là rất khó khăn. Với các đối tượng này, cần dùng các thiết bị đo có độ chính xác cao và ít bị ảnh hưởng bởi tác động bên ngoài để hạn chế thất thu. 4.2 Kết quả nghiên cứu điều tiết áp lực Vùng thực nghiệm Cấp nƣớc Nhà Bè–Trần Xuân Soạn (DMA 1041) Việc giảm áp lực giờ thấp điểm từ 1,72 bar (trước khi điều áp) xuống 0,6bar (trong quá trình điều áp tự động) làm giảm lưu lượng tối thiểu qua đồng hồ tổng từ 11,0 lít/s xuống 4,4lít/s (đồng nghĩa với việc giảm được 6,6lít/s thất thoát nước do rò rỉ trong khoảng 0 ÷ 6h hàng ngày). Trong tháng 10/2013, thay vì phải cung cấp qua đồng hồ tổng một lượng là 40730 m3 thì nhờ điều tiết áp lực mà lượng nước cấp vào chỉ còn 37880 m3, giảm được 2850 m3 nước. Tỉ lệ thất thoát nước giảm từ 34% còn 29,5%. Vùng thực nghiệm Cấp nƣớc Bình Dƣơng (DMA 19A) Trong một tháng triển khai điều áp tại DMA 19A, từ ngày 23/04/2014 đến 21/05/2014, với việc giảm áp lực điểm bất lợi từ 2,8bar xuống dần đến 1,3bar chỉ trong giờ thấp điểm 00 05h, lưu lượng thấp nhất qua đồng hồ tổng đã giảm từ 22,5 lít/s xuống còn 11 lít/s, lượng nước qua đồng hồ tổng giảm trung bình 250m3/ngđ, đây là lưu lượng rò rỉ đã cắt giảm được. So sánh hiệu quả về mặt kinh tế Chi phí đầu tư ban đầu: Trên cơ sở MLCN là DMA đã được thiết lập, có 1-2 ng vào, điển hình có 1000 đấu nối là 939.376.000 VNĐ Sau quá trình vận hành, hệ thống điều tiết áp lực chủ động I2O đã giúp giảm được lượng nước thất thoát tại DMA 19A Thủ Đức-Bình Dương là là 250 m3/ngày, với giá nước bán sỉ nước qua đồng hồ tổng là 19 4363.84 đồng/m3 thì số tiền thu được trong 1 năm là 398.123.750 (đồng/năm)  Như vậy sau thời gian triển khai là 28 tháng sẽ thu hồi được vốn. Cách xác định định lƣợng thất thoát cơ học và thất thu Công thức: Qmin = Qrr + Qtt + Qđb Qmin: Lưu lượng đo được qua đồng hồ tổng vào giờ thấp điểm Qrr: Lưu lượng rò rỉ Qtt: Lưu lượng tiêu thụ (lưu lượng giờ dùng nước thấp nhất) Qđb: Lưu lượng đặc biệt cho các đối tượng nhà máy, bệnh viện... Nghiên cứu cho trường hợp DMA 1041: Qmin = Qrr + Qtt = Qrr + 1.3l/s hay Qrr = Qmin – 1,3l/s. Với việc quan trắc lưu lượng và áp lực của DMA, ta có biểu đồ tương quan giữa lưu lượng rò rỉ và áp lực điểm bất lợi (thông qua số liệu về Qmin trong ngày): 12 q=1.75P^2.4+3.5 Lưu lượng (l/s) 10 8 R² = 0,9711 6 4 2 0 0 0,5 1 1,5 2 Áp lực (bar) Hình 4.2: Biểu đồ tương quan giữa lưu lượng rò rỉ và áp lực điểm bất lợi 20