Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng gia tăng do sự phát triển kinh tế - xã hội, dân số tăng nhanh và tốc độ đô thị hóa cao. Tại huyện Bình Chánh, TP. Hồ Chí Minh, với dân số hiện tại khoảng 711.262 người, đây là khu vực đông dân nhất Việt Nam, đồng thời là vùng cuối nguồn của các nhà máy cấp nước. Hệ thống mạng lưới truyền tải nước sạch tại đây có đường kính ống từ 300mm đến 2400mm, tổng chiều dài khoảng 92,2 km, nhưng chưa đồng bộ về vật liệu và cấu trúc. Tình trạng áp lực nước yếu, đặc biệt vào mùa khô và giờ cao điểm, cùng với chất lượng nước chưa ổn định, gây ra nhiều thách thức trong việc đảm bảo cấp nước an toàn và liên tục cho người dân.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng mạng lưới truyền tải nước sạch tại huyện Bình Chánh và vùng giáp ranh tỉnh Long An, phân tích nguyên nhân gây mất an toàn cấp nước, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy và chất lượng cấp nước. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống mạng truyền tải nước sạch do Xí nghiệp Truyền dẫn Nước sạch quản lý, phục vụ cho 10 đơn vị phân phối nước tại TP. Hồ Chí Minh và vùng giáp ranh Long An, với dữ liệu thu thập từ năm 2019 đến 2021.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp nước sạch, an toàn, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững hạ tầng cấp nước đô thị. Các chỉ số như tỷ lệ thất thoát nước hiện đạt khoảng 18,59%, tỷ lệ dân số được cấp nước qua hệ thống tập trung đạt 100%, nhưng áp lực và lưu lượng nước tại một số khu vực vẫn chưa đáp ứng yêu cầu, đòi hỏi phải có giải pháp kỹ thuật và quản lý phù hợp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên khái niệm cấp nước an toàn, được định nghĩa là việc cung cấp nước ổn định, duy trì đủ áp lực, liên tục, đủ lượng nước và đảm bảo chất lượng theo quy chuẩn hiện hành. Cấp nước an toàn bao gồm quản lý rủi ro từ nguồn nước, quá trình xử lý, lưu trữ và phân phối đến người tiêu dùng. Các quy định pháp lý liên quan gồm Nghị định số 117/2007/NĐ-CP và Nghị định số 124/2011/NĐ-CP của Chính phủ, Quyết định số 729/QĐ-TTg về quy hoạch cấp nước TP. Hồ Chí Minh đến năm 2025, cùng Chương trình Quốc gia bảo đảm cấp nước an toàn giai đoạn 2016-2025.

Ba mô hình thủy lực chính được xem xét để mô phỏng và đánh giá mạng lưới cấp nước là EPANET, WaterCAD và WaterGEMS. Trong đó, WaterGEMS được lựa chọn do có tính năng vượt trội như mô phỏng thủy lực, phân tích chất lượng nước, phát hiện rò rỉ, tối ưu hóa vận hành bơm, tích hợp GIS và AutoCAD, hỗ trợ quản lý kịch bản và mô phỏng theo thời gian thực. Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm áp suất tại nút (Pressure), vận tốc dòng chảy (Velocity), nhu cầu tại nút (Demand), tổn thất cột nước (Headloss), và hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) dùng để giám sát và điều khiển mạng lưới.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ Xí nghiệp Truyền dẫn Nước sạch, Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn, bao gồm số liệu vận hành mạng lưới, áp lực, lưu lượng, chất lượng nước, cùng các bản đồ GIS và hồ sơ kỹ thuật. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ hệ thống mạng truyền tải nước sạch tại huyện Bình Chánh và vùng giáp ranh tỉnh Long An, với tổng chiều dài 92,2 km ống và hơn 1,5 triệu khách hàng được phục vụ.

Phương pháp phân tích bao gồm thống kê mô tả, đánh giá hiện trạng áp lực và lưu lượng nước, phân tích nguyên nhân mất an toàn cấp nước. Mô hình thủy lực WaterGEMS được sử dụng để mô phỏng vận hành mạng lưới trong các kịch bản hiện tại và tương lai đến năm 2030, nhằm đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu và phát hiện các điểm yếu trong hệ thống. Phương pháp đánh giá rủi ro và nhận định mức độ an toàn được áp dụng dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn Việt Nam.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2019 đến 2021, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp. Các công cụ GIS và SCADA được tích hợp để hỗ trợ quản lý dữ liệu và giám sát vận hành mạng lưới.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng áp lực và lưu lượng nước không đồng đều: Khu vực cuối nguồn tại huyện Bình Chánh và vùng giáp ranh Long An có áp lực nước thấp, đặc biệt tại các tuyến ống D300 Quốc lộ 1A và D500mm Trần Đại Nghĩa, với áp lực đo được chỉ khoảng 1,9 - 2,7 kg/cm², thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn tối thiểu 0,4 bar tại đồng hồ khách hàng vào giờ cao điểm. Lưu lượng thực tế trên các tuyến chính dao động từ 2.200 đến 8.700 m³/ngày, chưa đáp ứng đủ nhu cầu tăng nhanh của dân cư.

  2. Chất lượng nước cơ bản đảm bảo nhưng có biến động: Các chỉ số chất lượng nước như Coliform, E.Coli, Clo dư, độ đục đều nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 01-1:2018/BYT. Tuy nhiên, tại một số khu vực sử dụng nguồn nước từ cụm nhà máy Tân Hiệp 1, 2 và Kênh Đông, cần thực hiện súc xả định kỳ để duy trì chất lượng nước ổn định.

  3. Mạng lưới truyền tải chưa đồng bộ và thiếu bể chứa trung gian: Hệ thống ống truyền tải đa dạng về vật liệu (bê tông dự ứng lực, gang dẻo, HDPE, thép) và không đồng bộ về tiêu chuẩn, gây khó khăn trong công tác bảo trì và sửa chữa. Thiếu các bể chứa trung gian và hệ thống tăng áp làm giảm khả năng điều tiết và duy trì áp lực ổn định trên toàn mạng.

  4. Mô hình thủy lực WaterGEMS cho thấy tiềm năng cải thiện: Mô phỏng thủy lực mạng lưới đến năm 2030 dự báo nhu cầu sử dụng nước tăng khoảng 32%, trong khi công suất các nhà máy nước hiện tại và kế hoạch mở rộng chưa đủ đáp ứng. Mô hình giúp xác định các điểm rò rỉ, vùng áp lực thấp và đề xuất các giải pháp cải tạo mạng lưới, tối ưu vận hành bơm và phân vùng áp lực.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến mất an toàn cấp nước tại huyện Bình Chánh và vùng giáp ranh Long An là do vị trí cuối nguồn của hệ thống, áp lực nước thấp, mạng lưới truyền tải chưa đồng bộ và thiếu các công trình trung gian như bể chứa và trạm tăng áp. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, tình trạng áp lực yếu và thất thoát nước là vấn đề phổ biến tại các đô thị đang phát triển nhanh, đòi hỏi phải có giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ.

Việc áp dụng mô hình thủy lực WaterGEMS cho phép mô phỏng chi tiết các kịch bản vận hành, giúp phát hiện rò rỉ và tối ưu hóa hệ thống, tương tự như các nghiên cứu tại các thành phố lớn trên thế giới. Kết quả mô hình cũng hỗ trợ xây dựng kế hoạch cải tạo mạng lưới phù hợp với quy hoạch phát triển đô thị và nhu cầu sử dụng nước tăng cao.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ áp lực và lưu lượng tại các nút chính, bản đồ phân vùng áp lực, bảng so sánh chất lượng nước theo thời gian và sơ đồ mạng lưới hiện trạng cùng các phương án cải tạo đề xuất. Điều này giúp minh bạch và dễ dàng theo dõi hiệu quả các giải pháp trong thực tiễn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo và mở rộng mạng lưới truyền tải: Thực hiện đầu tư xây dựng các tuyến ống mới, nâng cấp các tuyến ống hiện hữu với vật liệu đồng bộ, tăng cường bể chứa trung gian và trạm tăng áp nhằm duy trì áp lực ổn định. Mục tiêu giảm thiểu vùng áp lực thấp, đảm bảo áp lực tối thiểu 0,4 bar tại đồng hồ khách hàng vào năm 2025. Chủ thể thực hiện là Xí nghiệp Truyền dẫn Nước sạch phối hợp với các đơn vị quản lý hạ tầng.

  2. Ứng dụng công nghệ SCADA và GIS: Mở rộng hệ thống giám sát tự động chất lượng nước, áp lực và lưu lượng trên toàn mạng lưới, tích hợp dữ liệu GIS để quản lý tài sản và phát hiện rò rỉ nhanh chóng. Thời gian triển khai trong 2 năm, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thất thoát nước.

  3. Tăng cường công tác bảo trì, bảo dưỡng và phát hiện rò rỉ: Xây dựng kế hoạch bảo trì định kỳ, sử dụng công cụ phát hiện rò rỉ hiện đại như thuật toán Darwin Calibrator trong WaterGEMS để giảm thiểu thất thoát nước xuống dưới 15% vào năm 2025. Đơn vị chủ trì là Xí nghiệp Truyền dẫn Nước sạch và các đơn vị vận hành.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về quản lý mạng lưới cấp nước an toàn, vận hành mô hình thủy lực và ứng dụng công nghệ mới cho cán bộ kỹ thuật và nhân viên vận hành. Thời gian thực hiện liên tục hàng năm, nhằm nâng cao trình độ chuyên môn và ý thức bảo vệ nguồn nước.

  5. Xây dựng kế hoạch cấp nước an toàn đồng bộ: Phối hợp với các cơ quan quản lý nhà nước để xây dựng và thực hiện kế hoạch cấp nước an toàn theo quy định pháp luật, đảm bảo tỷ lệ dân cư được cấp nước sạch hợp vệ sinh đạt trên 95% vào năm 2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các đơn vị quản lý và vận hành cấp nước: Như Xí nghiệp Truyền dẫn Nước sạch, các công ty cấp nước tại TP. Hồ Chí Minh và Long An, để áp dụng mô hình thủy lực WaterGEMS và các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả vận hành.

  2. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và môi trường: UBND TP. Hồ Chí Minh, Sở Tài nguyên và Môi trường, để tham khảo các đánh giá hiện trạng và đề xuất chính sách phát triển hạ tầng cấp nước an toàn.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật cấp thoát nước: Để hiểu rõ về phương pháp mô phỏng thủy lực, quản lý rủi ro cấp nước và ứng dụng công nghệ trong quản lý mạng lưới cấp nước đô thị.

  4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp trong lĩnh vực cấp nước: Để đánh giá tiềm năng đầu tư, phát triển mạng lưới truyền tải và ứng dụng công nghệ mới nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ cấp nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao áp lực nước tại huyện Bình Chánh thấp hơn tiêu chuẩn?
    Áp lực thấp do vị trí cuối nguồn của hệ thống, mạng lưới truyền tải chưa đồng bộ, thiếu bể chứa trung gian và trạm tăng áp, cùng với nhu cầu sử dụng nước tăng nhanh vượt công suất thiết kế.

  2. Mô hình WaterGEMS có ưu điểm gì so với các phần mềm khác?
    WaterGEMS tích hợp mô phỏng thủy lực, phân tích chất lượng nước, phát hiện rò rỉ, tối ưu hóa vận hành bơm, hỗ trợ GIS và AutoCAD, cho phép mô phỏng theo thời gian thực và quản lý kịch bản đa dạng.

  3. Làm thế nào để giảm thất thoát nước trong mạng lưới?
    Áp dụng công nghệ phát hiện rò rỉ tự động, bảo trì định kỳ, cải tạo mạng lưới bằng vật liệu đồng bộ, và nâng cao năng lực vận hành qua đào tạo chuyên môn.

  4. Chất lượng nước hiện tại có đảm bảo an toàn không?
    Chất lượng nước cơ bản đáp ứng quy chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT, tuy nhiên cần duy trì súc xả định kỳ và giám sát liên tục để đảm bảo ổn định, đặc biệt tại các khu vực cuối nguồn.

  5. Giải pháp nào giúp nâng cao độ tin cậy cấp nước trong mùa khô?
    Xây dựng bể chứa trung gian, trạm tăng áp, áp dụng mô hình thủy lực để điều tiết lưu lượng, phối hợp vận hành các nhà máy nước và triển khai kế hoạch cấp nước khẩn cấp khi cần thiết.

Kết luận

  • Đã đánh giá chi tiết hiện trạng mạng lưới truyền tải nước sạch huyện Bình Chánh và vùng giáp ranh Long An, xác định các điểm yếu về áp lực, lưu lượng và chất lượng nước.
  • Phân tích nguyên nhân mất an toàn cấp nước chủ yếu do vị trí cuối nguồn, mạng lưới chưa đồng bộ và thiếu công trình trung gian.
  • Ứng dụng mô hình thủy lực WaterGEMS giúp mô phỏng vận hành, phát hiện rò rỉ và đề xuất giải pháp cải tạo mạng lưới hiệu quả.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý bao gồm cải tạo mạng lưới, ứng dụng SCADA-GIS, tăng cường bảo trì, đào tạo nhân lực và xây dựng kế hoạch cấp nước an toàn đồng bộ.
  • Khuyến nghị triển khai các bước tiếp theo trong vòng 2-5 năm nhằm nâng cao chất lượng và độ tin cậy cấp nước, góp phần phát triển bền vững hạ tầng cấp nước đô thị.

Call-to-action: Các đơn vị quản lý cấp nước và cơ quan chức năng cần phối hợp triển khai ngay các giải pháp đề xuất để đảm bảo cấp nước an toàn, liên tục, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội tại huyện Bình Chánh và vùng giáp ranh tỉnh Long An.