Tổng quan nghiên cứu

Thất thoát nước trong hệ thống cấp nước đô thị là một vấn đề toàn cầu với quy mô lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn tài nguyên nước và hiệu quả kinh tế của các đơn vị cấp nước. Theo ước tính, mỗi năm trên thế giới có hơn 32 tỷ m³ nước sạch bị thất thoát do rò rỉ và thất thu, chiếm khoảng 35% tổng lượng nước cung cấp. Ở Việt Nam, tỷ lệ nước không doanh thu (NRW) trung bình đạt khoảng 18,41%, trong đó Công ty Cổ phần Cấp nước Trung An (TAWACO) có tỷ lệ thất thoát nước khoảng 16,26% năm 2020, tương đương với khoảng 150 triệu đồng thất thoát mỗi ngày. Việc giảm tỷ lệ thất thoát nước xuống còn 15% sẽ giúp tiết kiệm khoảng 12 triệu đồng/ngày cho công ty, đồng thời nâng cao chất lượng phục vụ khách hàng và hướng tới phát triển bền vững.

Nghiên cứu tập trung đánh giá thực trạng công tác chống thất thoát nước tại Công ty Cổ phần Cấp nước Trung An, đặc biệt tại khu vực nghiên cứu điển hình thuộc quận Gò Vấp, Quận 12 và Huyện Hóc Môn, TP. Hồ Chí Minh. Mục tiêu chính là đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm nâng cao hiệu quả công tác chống thất thoát nước, giảm thiểu tổn thất nước sạch, tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích mạng lưới cấp nước hiện hữu, áp dụng mô hình mô phỏng thủy lực, hệ thống SCADA và GIS để quản lý và kiểm soát thất thoát nước.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả quản lý nguồn nước, góp phần giảm thất thoát nước sạch tại TP. Hồ Chí Minh và có thể áp dụng cho các đơn vị cấp nước khác trong nước. Đồng thời, kết quả nghiên cứu hỗ trợ nâng cao năng lực kỹ thuật và quản lý của đội ngũ nhân viên, góp phần đảm bảo cung cấp nước sạch, an toàn và liên tục cho người dân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết thất thoát nước (Non-Revenue Water - NRW): Phân loại thất thoát nước thành thất thoát hữu hình (rò rỉ, bể ống) và thất thoát vô hình (gian lận, sai số đo đếm). Bảng cân bằng nước quốc tế được sử dụng để phân tích các thành phần nước thất thoát và tiêu thụ hợp pháp.

  • Lý thuyết phân vùng tách mạng (DMA - District Metered Area): Phân chia mạng lưới cấp nước thành các khu vực nhỏ có thể cô lập thủy lực để đo đếm lưu lượng và áp lực, từ đó xác định chính xác lượng nước thất thoát trong từng vùng.

  • Mô hình mô phỏng thủy lực mạng lưới cấp nước: Sử dụng phần mềm EPANET và WaterGEMS để mô phỏng lưu lượng, áp lực và chất lượng nước trong mạng lưới, hỗ trợ thiết kế DMA, phân tích rò rỉ và tối ưu hóa vận hành.

  • Hệ thống SCADA và GIS: Ứng dụng công nghệ thông tin trong giám sát, điều khiển và quản lý mạng lưới cấp nước, giúp phát hiện nhanh các điểm rò rỉ và quản lý dữ liệu hiệu quả.

Các khái niệm chính bao gồm: thất thoát nước hữu hình và vô hình, DMA, mô phỏng thủy lực, SCADA, GIS, và bảng cân bằng nước.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ Công ty Cổ phần Cấp nước Trung An, bao gồm dữ liệu lưu lượng, áp lực, số liệu đồng hồ nước, báo cáo sửa chữa rò rỉ, và dữ liệu mạng lưới trên hệ thống TAWAGIS.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn khu vực nghiên cứu điển hình tại quận Gò Vấp, Quận 12 và Huyện Hóc Môn với tổng số 35 DMA đang vận hành, tập trung phân tích các DMA có tỷ lệ thất thoát cao và mạng lưới có đặc điểm địa hình, dân cư đa dạng.

  • Phương pháp phân tích: Kết hợp phân tích thống kê số liệu thực tế, mô phỏng thủy lực bằng phần mềm WaterGEMS và EPANET, khảo sát hiện trường dò tìm rò rỉ, đánh giá hiệu quả các giải pháp kỹ thuật và quản lý.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2021, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích mô hình, khảo sát thực tế, đề xuất giải pháp và đánh giá hiệu quả.

  • Phương pháp tổng hợp: Sử dụng phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu, kết hợp ý kiến chuyên gia và tham khảo các nghiên cứu quốc tế để hoàn thiện đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tỷ lệ thất thoát nước tại Công ty Cổ phần Cấp nước Trung An năm 2020 là 16,26%, tương đương khoảng 12.500 m³/ngày thất thoát. Trong đó, thất thoát hữu hình chiếm phần lớn với hơn 90% điểm bể xảy ra trên ống ngánh khách hàng, chiếm 91,86% tổng số điểm bể sửa chữa (9.480/10.319 điểm).

  2. Phân vùng DMA giúp xác định chính xác các khu vực có tỷ lệ thất thoát cao. Trong số 35 DMA, một số DMA như NT_TCNHM và DMA 15.1 có tỷ lệ thất thoát vượt ngưỡng cho phép, với DMA NT_TCNHM có tỷ lệ thất thoát lên đến 61% và tăng 8% từ kỳ 2 đến kỳ 3 năm 2021.

  3. Mô phỏng thủy lực bằng WaterGEMS cho thấy việc điều chỉnh áp lực và phân vùng mạng lưới giúp giảm thất thoát nước hiệu quả. Ví dụ, giảm áp lực từ 39m xuống 31m tại điểm bất lợi làm giảm lượng nước thất thoát khoảng 10,52% và áp lực trung bình giảm 21%.

  4. Ứng dụng hệ thống SCADA và GIS hỗ trợ giám sát và phát hiện rò rỉ nhanh chóng, nâng cao hiệu quả quản lý mạng lưới. Việc tích hợp dữ liệu từ các đồng hồ tổng và cảm biến áp lực giúp phát hiện điểm rò rỉ dựa trên sự thay đổi áp lực bất thường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến thất thoát nước tại Công ty Cổ phần Cấp nước Trung An bao gồm: mạng lưới đường ống cũ, nhiều mối nối dễ rò rỉ, địa chất yếu gây lún sụt, thi công không đúng kỹ thuật, và quản lý chưa hiệu quả. So với các nghiên cứu quốc tế, tỷ lệ thất thoát nước của công ty tương đối thấp hơn mức trung bình toàn cầu (khoảng 35%) nhưng vẫn cao so với các nước phát triển như Singapore (4%) hay Hà Lan (5%).

Việc phân vùng DMA và mô phỏng thủy lực giúp cô lập và xác định chính xác các khu vực có thất thoát cao, từ đó tập trung nguồn lực xử lý. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy quản lý áp lực là yếu tố quan trọng trong giảm thất thoát, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về mối quan hệ giữa áp lực và lưu lượng rò rỉ.

Ứng dụng công nghệ SCADA và GIS là bước tiến quan trọng trong công tác quản lý mạng lưới, giúp giảm thời gian phát hiện và sửa chữa rò rỉ, nâng cao hiệu quả chống thất thoát. Tuy nhiên, việc đầu tư và vận hành các hệ thống này đòi hỏi nguồn lực kỹ thuật và tài chính đáng kể.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tỷ lệ thất thoát theo DMA, bảng thống kê số điểm rò rỉ theo nguyên nhân, và biểu đồ mô phỏng áp lực trước và sau điều chỉnh, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thiết lập và mở rộng phân vùng DMA trên toàn bộ mạng lưới cấp nước của Công ty Cổ phần Cấp nước Trung An. Mục tiêu giảm tỷ lệ thất thoát nước xuống dưới 15% trong vòng 2 năm, do phòng Giảm nước không doanh thu phối hợp với phòng Kỹ thuật thực hiện.

  2. Ứng dụng rộng rãi hệ thống SCADA và GIS trong giám sát, phát hiện và quản lý rò rỉ. Đầu tư nâng cấp hệ thống SCADA hiện tại, tích hợp dữ liệu đồng hồ tổng và cảm biến áp lực, nhằm giảm thời gian phát hiện rò rỉ xuống dưới 24 giờ, do phòng Công nghệ thông tin và phòng Quản lý mạng lưới triển khai trong 18 tháng tới.

  3. Tăng cường công tác bảo trì, sửa chữa nhanh chóng các điểm rò rỉ và thay thế đường ống cũ, vật liệu kém chất lượng. Ưu tiên thay thế các tuyến ống HDPE OD25 đã đến hạn sử dụng, giảm số điểm bể trên ống ngánh khách hàng ít nhất 20% trong 1 năm, do đội thi công tu bổ và phòng Kỹ thuật thực hiện.

  4. Nâng cao năng lực quản lý và nhận thức của nhân viên và cộng đồng về công tác chống thất thoát nước. Tổ chức đào tạo kỹ thuật, tuyên truyền sử dụng nước tiết kiệm, giảm tiêu thụ nước không hợp pháp, nhằm giảm thất thoát thương mại ít nhất 10% trong 2 năm, do phòng Đào tạo và phòng Kinh doanh phối hợp thực hiện.

  5. Xây dựng quy trình quản lý dữ liệu mạng lưới và đồng hồ nước đồng bộ, chính xác. Áp dụng phần mềm quản lý dữ liệu hiện đại, giảm sai sót nhập liệu và gian lận, nâng cao độ chính xác đo đếm, do phòng Quản lý dữ liệu và phòng Kinh doanh triển khai trong 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các công ty cấp nước đô thị: Có thể áp dụng các giải pháp phân vùng DMA, mô phỏng thủy lực và công nghệ SCADA để giảm thất thoát nước, nâng cao hiệu quả quản lý và tiết kiệm chi phí vận hành.

  2. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy định về quản lý thất thoát nước, thúc đẩy phát triển bền vững nguồn nước sạch.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật cấp thoát nước: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình mô phỏng và các giải pháp kỹ thuật tiên tiến trong công tác chống thất thoát nước.

  4. Nhà đầu tư và doanh nghiệp công nghệ: Tìm hiểu nhu cầu ứng dụng công nghệ SCADA, GIS và phần mềm mô phỏng thủy lực trong ngành cấp nước, từ đó phát triển sản phẩm và dịch vụ phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao thất thoát nước lại là vấn đề nghiêm trọng đối với các công ty cấp nước?
    Thất thoát nước gây lãng phí tài nguyên, tăng chi phí vận hành và đầu tư, ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ và môi trường. Ví dụ, tại Công ty Cổ phần Cấp nước Trung An, thất thoát 16,26% tương đương hàng chục triệu đồng mỗi ngày.

  2. Phân vùng DMA có vai trò gì trong công tác chống thất thoát nước?
    DMA giúp cô lập mạng lưới thành các khu vực nhỏ để đo đếm lưu lượng và áp lực chính xác, từ đó xác định và xử lý điểm rò rỉ hiệu quả hơn. Nghiên cứu cho thấy DMA NT_TCNHM có tỷ lệ thất thoát lên đến 61%, cần ưu tiên xử lý.

  3. Mô phỏng thủy lực giúp gì cho việc quản lý mạng lưới cấp nước?
    Mô phỏng thủy lực dự báo lưu lượng, áp lực và chất lượng nước, hỗ trợ thiết kế mạng lưới, điều chỉnh áp lực và phát hiện rò rỉ. Ví dụ, giảm áp lực từ 39m xuống 31m giúp giảm thất thoát nước 10,52%.

  4. Hệ thống SCADA và GIS được ứng dụng như thế nào trong chống thất thoát nước?
    SCADA giám sát và điều khiển mạng lưới theo thời gian thực, GIS quản lý dữ liệu địa lý mạng lưới, giúp phát hiện nhanh điểm rò rỉ và quản lý hiệu quả. Công ty Trung An đã ứng dụng SCADA để giảm thời gian phát hiện rò rỉ.

  5. Làm thế nào để giảm thất thoát thương mại trong hệ thống cấp nước?
    Giảm thất thoát thương mại bằng cách thay thế đồng hồ nước không chính xác, kiểm tra và ngăn chặn đấu nối trái phép, nâng cao quản lý dữ liệu và đào tạo nhân viên. Đây là giải pháp chi phí thấp nhưng hiệu quả lâu dài.

Kết luận

  • Công ty Cổ phần Cấp nước Trung An có tỷ lệ thất thoát nước khoảng 16,26% năm 2020, với phần lớn thất thoát xảy ra trên ống ngánh khách hàng và các điểm rò rỉ hữu hình.
  • Phân vùng DMA và mô phỏng thủy lực là công cụ hiệu quả giúp xác định và giảm thất thoát nước, đồng thời hỗ trợ quản lý áp lực mạng lưới.
  • Ứng dụng công nghệ SCADA và GIS nâng cao khả năng giám sát, phát hiện và xử lý rò rỉ nhanh chóng, góp phần giảm thất thoát nước và tăng doanh thu.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể nhằm giảm tỷ lệ thất thoát nước xuống dưới 15% trong vòng 2 năm, tiết kiệm chi phí và bảo vệ nguồn nước.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển bền vững cho ngành cấp nước tại TP. Hồ Chí Minh và có thể nhân rộng cho các đơn vị cấp nước khác trong nước.

Hành động tiếp theo: Triển khai mở rộng phân vùng DMA, đầu tư nâng cấp hệ thống SCADA, tăng cường đào tạo nhân viên và hoàn thiện quy trình quản lý dữ liệu. Các đơn vị cấp nước và nhà quản lý cần phối hợp thực hiện để đạt hiệu quả tối ưu.