Tổng quan luận án

Đề tài "Nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý mạng lưới thoát nước đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng" do nghiên cứu sinh Phạm Văn Vượng thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Trần Hữu Uyển và PGS. Vũ Văn Hiểu. Luận án thuộc chuyên ngành Quản lý Đô thị và Công trình (mã số 9580106), bảo vệ tại Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội năm 2022.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại các đô thị với hàng loạt dự án khu dân cư, chung cư, khách sạn quy mô lớn do các tập đoàn như Vingroup, HUD, Sông Đà triển khai đã làm xáo trộn cấu trúc quy hoạch hạ tầng kỹ thuật ban đầu. Hệ quả là kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị lõi bị cô lập, xuống cấp và thường xuyên phát sinh sự cố.

Thành phố Hải Phòng được thành lập từ năm 1888, là đô thị loại 1 cấp quốc gia và trung tâm kinh tế vùng Duyên hải Bắc Bộ. Dân số năm 2020 đạt khoảng 2.493.000 người, trong đó khu vực đô thị trung tâm có 932.000 người. Mạng lưới thoát nước (MLTN) khu vực trung tâm phần lớn là hệ thống cống chung, phục vụ tiếp nhận cả nước mưa và nước thải sinh hoạt, sản xuất, y tế. Hệ thống gồm khoảng 315,5 km cống các loại (kích thước từ D300 đến D2000 và cống hộp), 78,06 ha hồ điều hòa, 269,78 km mương, 42.401 hố ga, 68 cống đê biển, 11 cống ngăn triều, 24 trạm bơm (3 trạm bơm nước mưa, 21 trạm bơm nước thải) và 2 nhà máy xử lý nước thải (trong đó Nhà máy Xử lý nước thải Vĩnh Niệm có công suất giai đoạn 1 là 36.000 m³/ngày đêm).

Công tác quản lý thoát nước thành phố hiện tồn tại nhiều bất cập:

  1. Mạng lưới đường cống cũ xây bằng gạch, đá xẻ từ trước năm 1954 đã hư hỏng, lắng cặn và chịu tác động ăn mòn hóa sinh mạnh. Nguồn nước mặt tại các kênh, hồ điều hòa bị ô nhiễm nặng: COD vượt 2,5–60 lần; BOD₅ vượt 3–67 lần; NH₄⁺ vượt 1–12 lần; Coliform vượt 1–2,5 lần so với Quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1).
  2. Địa bàn bị chia cắt bởi 3 công ty quản lý dịch vụ công ích thoát nước khác nhau, dẫn đến thiếu tính đồng bộ và phân tán trách nhiệm.
  3. Dự án ứng dụng GIS số hóa tài sản thoát nước do thành phố Kitakyushu (Nhật Bản) và Công ty KDDI hỗ trợ từ năm 2017 bị gián đoạn do thiếu nguồn kinh phí và quỹ tiền lương duy trì nhân sự chuyên trách.
  4. Phương thức quản lý hiện hành mang tính "quản trị tài sản" thụ động, thiếu cơ chế thông tin hỗ trợ ra quyết định và bảo trì tiên đoán sự cố.

Mục tiêu nghiên cứu

Đề xuất giải pháp quản lý mạng lưới thoát nước đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng nhằm kiểm soát và xử lý hiệu quả các sự cố trên mạng lưới thoát nước.

Câu hỏi và nhiệm vụ nghiên cứu

  1. Cơ sở khoa học, phương pháp luận và kinh nghiệm thực tiễn về quản lý kỹ thuật, quản lý nhà nước mạng lưới thoát nước đô thị là gì?
  2. Thực trạng cấu trúc mạng lưới, hiện trạng ngập úng, mức độ xuống cấp, cơ chế tổ chức và ứng dụng công nghệ thông tin tại đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng đang diễn ra như thế nào?
  3. Các giải pháp kỹ thuật nào giúp nâng cao độ tin cậy, kiểm soát ăn mòn do khí sinh học H₂S, bảo trì tiên đoán và hiện đại hóa mạng lưới bằng công nghệ thông tin?
  4. Mô hình tái cấu trúc tổ chức quản lý doanh nghiệp và hoàn thiện cơ chế chính sách quản lý nhà nước nào phù hợp cho đô thị trung tâm Hải Phòng đến năm 2030?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Quản lý mạng lưới thoát nước.
  • Phạm vi không gian: Khu vực đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng (bao gồm 8 khu, chia thành 17 lưu vực thoát nước thuộc 07 quận: Hồng Bàng, Ngô Quyền, Lê Chân, Dương Kinh, Đồ Sơn, Kiến An và Hải An).
  • Phạm vi thời gian: Tầm nhìn định hướng nghiên cứu đến năm 2030.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây được điểm lại

  • Tính toán thủy lực và cấu tạo mạng lưới: Các công trình kinh điển của Pavlovsky N. thiết lập nền tảng tính toán thủy lực, thông số dòng chảy và tiêu chuẩn thiết kế mạng lưới thoát nước.
  • Độ tin cậy và tuổi thọ công trình thoát nước: Các nghiên cứu qua các thời kỳ gồm Obukhov E. (cuối những năm 1930), Molokov M. (cuối những năm 1950) và Abramovich I.A. (những năm 1980) chỉ ra rằng độ bền mạng lưới phụ thuộc vào vật liệu cống, chất lượng thi công mối nối, độ dốc, độ sâu chôn ống và thông gió. Tác giả chỉ rõ các tài liệu thiết kế thường chỉ định tuổi thọ mạng lưới từ 10–25 năm hoặc 20–50 năm, trong khi công trình kiến trúc bên trên có niên hạn 50–100 năm.
  • Hiện tượng ăn mòn khí sinh học: Các nghiên cứu của các tác giả [58], [76], [79] xác định hydrogen sulfide (H₂S) sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu cơ bởi vi khuẩn ở điều kiện pH = 5,5–8,5 và nhiệt độ 15–38°C. Các tác giả [55], [67] mô hình hóa tốc độ hình thành sulfide trong ống tự chảy và ống có áp. Tác giả [65], [73] và Pekarova [74] đề xuất giải pháp phủ bảo vệ mặt trong cống bê tông, thông gió cưỡng bức và kiểm soát sụt thủy lực để hạn chế axit sulfuric (H₂SO₄) ăn mòn bê tông. Ivanov F.M. và cộng sự [70], Okun [60] nghiên cứu ứng dụng bê tông polymer và ống nhựa polymer.
  • Công nghệ phục hồi mạng lưới không đào rãnh (Trenchless): CHLB Đức đã dành ngân sách ước tính 86 tỷ USD cho các chương trình cải tạo, phục hồi mạng lưới; ứng dụng robot gắn camera ghi hình, công nghệ lót ống nén khí, ống polyethylene, vải tẩm nhựa epoxy và khoan kích ngầm từ 0,4–3,6 m với tuổi thọ thiết kế 50 năm.
  • Nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn tại Việt Nam:
    • Quản lý tổ chức và bùn thải: Báo cáo năm 2021 của Cục Hạ tầng kỹ thuật (Bộ Xây dựng) ghi nhận khối lượng bùn thải phát sinh giữa các đô thị dao động từ 15.000 m³/năm, riêng Hà Nội và TP.HCM phát sinh từ vài trăm đến trên 200.000 m³/năm. Tại Hải Phòng, bãi xử lý bùn Tràng Cát tiếp nhận và xử lý 33.000 m³/năm bùn cống và bùn bể tự hoại từ 4 quận nội thành. Các dự án của Ngân hàng Thế giới (WB) tại Hải Phòng, Hạ Long, Đà Nẵng và nghiên cứu của CDM (Hoa Kỳ) tại kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (TP.HCM) đã định hình việc thu gom bùn cặn.
    • Công nghệ thi công tiên tiến: Dự án cống nước thải qua đáy sông Sài Gòn (đoạn Nhiêu Lộc – Thị Nghè) dùng khoan kích ngầm ống D3000 dài 410 m sâu gần 40 m do Công ty TNHH MTV Thoát nước đô thị TP.HCM thực hiện năm 2014; dự án hệ thống xử lý nước thải Yên Xá (Hà Nội) áp dụng khoan kích ngầm tuyến ống D1500–D2200 với tổng chiều dài khoảng 40 km. Khảo sát của nhà thầu bằng robot camera tại tuyến cống D600 qua kênh đường Hoàng Sa và Trường Sa [28] đã phát hiện nhiều điểm sụp vỡ nghiêm trọng.
    • Ứng dụng công nghệ thông tin: Phần mềm City-work [27] phục vụ lập bản đồ và quản lý bảo trì; quy trình nắn chuyển dữ liệu CAD sang GIS tại Huế [33] sử dụng phần mềm ArcGIS 10 (ESRI), phương pháp dịch chuyển tịnh tiến Transformation Affine (sai số RMS < 0,02006 m), máy định vị GPS Garmin Oregon 550t kết hợp phần mềm Trimble GPS Planning để kiểm soát hệ số suy giảm vị trí PDOP qua bảng lịch phát sóng vệ tinh (almanac). Mô hình phần mềm Mike Couple (Mike 11, Mike 21, Mike Urban, Mike Flood, Mike View) của Viện Thủy lực Đan Mạch ứng dụng trong mô phỏng ngập lụt.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

  1. Thiếu mô hình quản lý thông tin sự cố tích hợp, có khả năng định lượng độ tin cậy và thực hiện bảo trì tiên đoán đối với các sự cố ăn mòn hóa sinh H₂S trên mạng lưới cống ngầm đô thị ven biển.
  2. Chưa có khung hệ thống thông tin (HTTT) quản lý dữ liệu lớn kết hợp bản đồ GIS cho toàn bộ tài sản thoát nước đô thị Hải Phòng phù hợp với điều kiện nhân lực và tài chính tại chỗ.
  3. Chưa giải quyết được sự chồng chéo, phân tán trong cơ cấu tổ chức quản lý nhà nước và quản trị doanh nghiệp khi lĩnh vực thoát nước đô thị lõi Hải Phòng đang bị phân chia cho 3 đơn vị dịch vụ công ích.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn áp dụng

  • Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật: Luật Xây dựng, Luật Bảo vệ môi trường, các Nghị định của Chính phủ, Thông tư của Bộ Xây dựng, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
  • Tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật: TCVN 7957:2008 (Thoát nước - Mạng lưới bên ngoài và công trình); TCVN 12251:2020 (Bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu xây dựng); QCVN 07-2:2016/BXD (Công trình thoát nước); QCVN 07-3:2016/BXD (Hào và tuynen kỹ thuật); QCVN 07-9:2016/BXD (Quản lý chất thải rắn và nhà vệ sinh công cộng); QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Chất lượng nước mặt).
  • Các đồ án và quy hoạch liên quan: Quyết định số 1881/QĐ-BNN-TCTL ngày 14/8/2013 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phê duyệt Quy hoạch thủy lợi chống ngập úng TP. Hải Phòng; Quyết định số 626/QĐ-UBND ngày 27/3/2018 và Quyết định số 565/QĐ-UBND ngày 05/3/2020 của UBND TP. Hải Phòng.

Khung lý thuyết và khái niệm vận hành

  • Khái niệm kỹ thuật: Mạng lưới thoát nước chung, mạng lưới thoát nước riêng, cống bao, giếng tách nước thải, giếng tràn nước mưa, giếng thăm, trạm xử lý nước thải tập trung, công nghệ khoan kích ngầm (Pipe Jacking).
  • Khái niệm quản lý: Mô hình thông tin công trình (BIM), dịch vụ thoát nước và xử lý nước thải, giá dịch vụ thoát nước, đơn vị thoát nước, hoạt động từ chối của mạng lưới, sự tham gia của cộng đồng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp khảo sát thực địa, thu thập dữ liệu: Thu thập dữ liệu sơ cấp và thứ cấp về mạng lưới cống, hố ga, cửa xả, các vị trí ngập úng, tài liệu thủy văn, khí tượng.
  • Phương pháp phân tích, tổng hợp và ma trận SWOT: Phân tích điểm mạnh (Strengths), điểm yếu (Weaknesses), cơ hội (Opportunities) và thách thức (Threats) nhằm đánh giá các kịch bản dự báo và mô hình quản lý sự cố.
  • Phương pháp so sánh, đối chiếu trực tiếp: Đánh giá mô hình tổ chức, quản lý vận hành mạng lưới thoát nước tại Hà Nội, TP.HCM, Đà Nẵng và Hải Phòng để tìm kiếm mô hình phù hợp.
  • Phương pháp phân tích đa tiêu chí (MCA - Multi-Criteria Analysis): Xây dựng bảng tiêu chuẩn đánh giá để lựa chọn các phương án kỹ thuật như van ngăn triều và công nghệ phục hồi đường ống.
  • Phương pháp bản đồ và hệ thống thông tin địa lý (GIS): Sử dụng công cụ Spatial Adjustment trong ArcGIS 10, phương pháp chuyển đổi Transformation Affine để đồng bộ dữ liệu bản vẽ CAD vào hệ quy chiếu GIS.
  • Phương pháp chuyên gia: Lấy ý kiến các chuyên gia quản lý hạ tầng kỹ thuật, Sở Xây dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường, các hội nghề nghiệp chuyên ngành.
  • Phương pháp dự báo: Dự báo diễn biến ngập lụt, triều cường, biến đổi khí hậu, tần suất sự cố tắc nghẽn, sụp đổ cống và xu hướng chuyển đổi số.
  • Phương pháp mô hình hóa: Sử dụng bộ phần mềm Mike Couple để mô phỏng ngập lụt thủy lực 1D và 2D dựa trên dữ liệu mưa, mực nước triều và địa hình.

Nguồn tư liệu và dữ liệu nghiên cứu

  • Dữ liệu mạng lưới thoát nước trích từ các đồ án quy hoạch thoát nước đô thị trung tâm Hải Phòng.
  • Dữ liệu khí tượng thủy văn (lượng mưa, hình thái mưa, mực nước triều, dòng chảy) do Viện Tài nguyên và Môi trường Biển Hải Phòng và trạm quan trắc hải văn Hòn Dấu cung cấp.
  • Số liệu thống kê kỹ thuật, nhân sự và tổ chức từ Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về quản lý mạng lưới thoát nước đô thị trên thế giới, Việt Nam và Đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở thực tiễn và lý luận về quản lý mạng lưới thoát nước tại các nước phát triển, tại Việt Nam và phân tích chi tiết hiện trạng tại thành phố Hải Phòng.

1. Đặc điểm tự nhiên, thủy văn và kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu

Thành phố Hải Phòng nằm ở tọa độ từ 20°30'39" đến 21°01'15" vĩ độ Bắc và từ 106°23'39" đến 107°08'39" kinh độ Đông; tiếp giáp Quảng Ninh, Thái Bình, Hải Dương và Biển Đông. Địa hình chia thành 5 vùng giới hạn bởi 6 con sông, cao độ trung bình khu vực phát triển đô thị từ 2,7–3,5 m. Khí hậu nhiệt đới gió mùa ven biển: lượng mưa trung bình 1.494,7 mm/năm; độ ẩm 83%; nhiệt độ mùa hè trung bình 25°C (cao nhất 38–39°C), mùa đông trung bình dưới 20°C (thấp nhất 7°C); tốc độ gió tối đa đạt 40 m/s.

Chế độ thủy văn chịu ảnh hưởng của nhật triều với biên độ dao động lớn (ΔH max đạt 3,5–3,9 m; mức kỷ lục quan trắc tại Hòn Dấu ngày 23/06/1968 là +3,94 m). Thời gian triều lên khoảng 11 giờ, triều xuống khoảng 13 giờ. Kịch bản nước biển dâng 100 cm sẽ khiến 30,2% diện tích toàn thành phố bị ngập, trong đó huyện Kiến Thụy có nguy cơ ngập cao nhất (52,94% diện tích). Cơ cấu kinh tế năm 2020: Dịch vụ - Công nghiệp chiếm ưu thế (Công nghiệp - Xây dựng 49,73%; Dịch vụ 39,51%; Thuế sản phẩm 6,16%; Nông lâm thủy sản 4,6%).

+-------------------------------------------------------------+
|              ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HẢI PHÒNG                  |
+-------------------------------------------------------------+
                               |
       +-----------------------+-----------------------+
       |                                               |
+--------------+                               +---------------+
| SỞ XÂY DỰNG  |                               | CÁC SỞ, NGÀNH |
+--------------+                               +---------------+
       |                               (TN&MT, KH&ĐT, Tài chính)
       |
+-------------------------------------------------------------+
| CÁC DOANH NGHIỆP QUẢN LÝ DỊCH VỤ THOÁT NƯỚC                |
| - Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng (đơn vị chủ lực)    |
| - 02 Đơn vị/Công ty dịch vụ đô thị khu vực quận khác        |
+-------------------------------------------------------------+

2. Hiện trạng mạng lưới thoát nước và ngập lụt

Mạng lưới thoát nước đô thị trung tâm gồm 70 km cống trục chính cấp I, II (D600–D1200) và 192,5 km cống nhánh cấp III (D400–D600). Hệ thống tập trung chủ yếu ở các quận cũ (Hồng Bàng, Lê Chân, Ngô Quyền, Hải An), trong khi các quận mở rộng (Kiến An, Dương Kinh, Đồ Sơn) có mật độ đường cống rất thấp. Nhiều trận mưa lớn kết hợp triều cường (như trận mưa ngày 25/01/2020) gây ngập sâu từ 20–50 cm trên các tuyến phố huyết mạch: Trần Nguyên Hãn, Tô Hiệu, Cầu Đất, Lương Khánh Thiện.

3. Bộ máy tổ chức và hiện trạng ứng dụng công nghệ thông tin

Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng là đơn vị chuyên ngành chính, quản lý 565 cán bộ công nhân viên (10 thạc sĩ, 123 đại học, 5 cao đẳng/trung cấp và 427 lao động trực tiếp), tổ chức thành 07 phòng ban chức năng, 12 xí nghiệp trực thuộc, 01 đội quản lý chuyên ngành, 01 đội kiểm tra quy tắc và 01 trung tâm xây dựng công trình. Dự án số hóa GIS do Kitakyushu chuyển giao từ 2017 chưa thể mở rộng do thiếu định mức chi phí nhân công và ảnh hưởng gián đoạn của dịch bệnh.

4. Quy trình chuyển đổi dữ liệu CAD sang GIS

Luận án kế thừa và tổng kết quy trình 6 bước chuẩn hóa dữ liệu bản đồ thoát nước:

Bước Tiến trình thực hiện
1 Phân tách các đối tượng theo lớp dữ liệu
2 Chuyển đổi định dạng dữ liệu CAD sang GIS
3 Nắn chuyển dữ liệu GIS theo nền dữ liệu khu vực nghiên cứu (sử dụng Spatial Adjustment, Transformation Affine)
4 Kiểm tra, hiệu chỉnh dữ liệu không gian và tạo cấu trúc quan hệ hình học (topology)
5 Kiểm tra, xử lý, liên kết dữ liệu thuộc tính
6 Kết nạp kết quả dữ liệu GIS vào cơ sở dữ liệu địa lý (GeoDatabase)

Chương 2. Cơ sở khoa học đề xuất giải pháp quản lý mạng lưới thoát nước đô thị

Chương 2 thiết lập cơ sở lý thuyết, định chuẩn thông số kỹ thuật và tổng hợp các bài học kinh nghiệm quốc tế và trong nước.

1. Phân chia lưu vực thoát nước đô thị trung tâm Hải Phòng

Luận án xác định 8 khu vực được phân chia thành 17 lưu vực quản lý kỹ thuật cụ thể:

Khu vực Lưu vực trực thuộc Phạm vi quản lý hành chính
Khu vực 1 Lưu vực 1 và 2 Đô thị trung tâm, khu vực phố cũ Hồng Bàng
Khu vực 2 Lưu vực 3 và 4 Khu vực đô thị trung tâm quận Lê Chân, Ngô Quyền
Khu vực 3 Lưu vực 5, 6, 7, 8 Khu vực phụ cận và dải trung tâm mở rộng
Khu vực 4 Lưu vực 9 và 10 Khu vực quận Hải An và vùng phát triển Đông Nam
Khu vực 5 Lưu vực 11, 12, 13 Khu vực quận Kiến An
Khu vực 6 Lưu vực 14 và 15 Khu vực quận Dương Kinh
Khu vực 7 Lưu vực 16 Khu vực quận Đồ Sơn
Khu vực 8 Lưu vực 17 Khu vực mở rộng Tràng Cát, ven sông Lạch Tray

2. Cơ sở lý luận về độ tin cậy và ăn mòn hóa sinh

Độ tin cậy của mạng lưới thoát nước được lượng hóa thông qua hai chỉ số then chốt: Tuổi thọ công trình và Tần suất tắc nghẽn theo thời gian. Sự ăn mòn bê tông diễn ra chủ yếu ở vòm ống không ngập nước do vi khuẩn kỵ khí khử sulfate trong nước thải tạo thành khí H₂S phát tán lên khoảng không đỉnh cống, sau đó bị oxy hóa thành axit H₂SO₄ ăn mòn cốt liệu bê tông. Luận án phân tích cơ chế kiểm soát dòng chảy để hạn chế sụt thủy lực, tránh tạo dòng chảy rối gây khuếch tán khí H₂S.

3. Đánh giá lựa chọn giải pháp van ngăn triều và phương pháp MCA

Luận án áp dụng phương pháp phân tích đa tiêu chí (MCA - Multi-Criteria Analysis) để đánh giá các phương án van ngăn triều (van lật tự động, van cửa phai kéo thẳng, van cánh bướm, van hình cung/van cung) và công nghệ cải tạo đường cống ngầm (đào hở truyền thống so với công nghệ khoan kích ngầm và lót ống polyme).

+-------------------------------------------------------------+
|        TIÊU CHÍ PHÂN TÍCH ĐA TIÊU CHÍ (MCA)                 |
+-------------------------------------------------------------+

Chương 3. Đề xuất giải pháp quản lý mạng lưới thoát nước đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng

Chương 3 trình bày các nhóm giải pháp toàn diện về kỹ thuật, hệ thống thông tin, quy hoạch cải tạo và quản lý nhà nước.

1. Nhóm giải pháp quản lý kỹ thuật và thông tin sự cố

  • Kiểm soát ăn mòn do khí sinh học: Điều chỉnh độ dốc và cấu tạo các hố ga chuyển tiếp dòng chảy để triệt tiêu sụt thủy lực, duy trì vận tốc dòng chảy tối thiểu nhằm tránh lắng cặn kỵ khí sinh khí H₂S.
  • Quy trình ứng phó sự cố và bảo trì tiên đoán: Thiết lập hệ thống giám sát chu kỳ kiểm tra, thu thập lịch sử vận hành, phân tích dữ liệu cảnh báo sớm nguy cơ sụt lún, rò rỉ, nứt vỡ cống thay vì chờ đợi sự cố phát sinh mới xử lý thụ động.
+------------------+     +--------------------+     +-------------------+
|  Thu thập CSDL   | --> |  Phân tích rủi ro  | --> |  Lập kịch bản     |
| (GIS, SCADA,     |     |  (Ăn mòn, lắng     |     |  Bảo trì          |
|  Khảo sát)       |     |   cặn, nứt vỡ)     |     |  tiên đoán        |
+------------------+     +--------------------+     +-------------------+
                                                              |
                                                              v
+------------------+     +--------------------+     +-------------------+
|  Đánh giá hiệu   | <-- |  Triển khai xử lý  | <-- |  Hỗ trợ ra        |
|  quả sau xử lý   |     |  kỹ thuật tại chỗ  |     |  quyết định       |
+------------------+     +--------------------+     +-------------------+

2. Mô hình Hệ thống thông tin (HTTT) quản lý mạng lưới

Xây dựng nền tảng HTTT tích hợp đa tầng dữ liệu:

  • Tầng dữ liệu không gian: Dữ liệu bản đồ GIS về đường ống, hố ga, cửa xả, trạm bơm, cao độ đáy và đỉnh cống.
  • Tầng dữ liệu vận hành: Tích hợp số liệu quan trắc mực nước mưa, đỉnh triều, lưu lượng trạm bơm, chất lượng nước thải (COD, BOD₅, TSS, NH₄⁺).
  • Phân tích SWOT đánh giá kịch bản dự báo: Đánh giá điểm mạnh, điểm yếu của các kịch bản điều hành trạm bơm và đóng mở cống ngăn triều khi xảy ra tổ hợp bất lợi (mưa lớn trùng thời điểm đỉnh triều cường).

3. Giải pháp cải tạo, nâng cấp mạng lưới công trình

  • Khoan kích ngầm (Pipe Jacking): Đề xuất thiết kế tuyến cống kích thẳng và kích cong đường kính lớn trên trục đường Bùi Viện kết nối nước thải đưa về Nhà máy Xử lý nước thải Vĩnh Niệm nhằm tránh đào phá mặt đường, không làm gián đoạn giao thông đô thị.
  • Phục hồi cống cũ bằng vật liệu polyme: Sử dụng ống lót polyme tự phục hồi dạng ống bóp chèn khít vào lòng ống cống xây gạch cũ bị rạn nứt, đảm bảo tăng khả năng chịu lực và chống thấm nước ngầm mà không cần đào mở rãnh.
  • Hồ điều hòa và cống ngăn triều: Cải tạo, nạo vét các hồ điều hòa nội thành (Tam Bạc, Thượng Lý, Trại Chuối, Lâm Tường, Dư Hàng, Sen, Tiên Nga, An Biên, Cát Bi, Phương Lưu); xây dựng mới các cống ngăn triều kiểu van cung (Radial Gate) tại các cửa xả lớn ra sông Cấm và sông Lạch Tray để kiểm soát triều xâm nhập.

4. Đề xuất giải pháp quản lý nhà nước và tái cấu trúc cơ cấu tổ chức

Luận án đề xuất sửa đổi cơ cấu tổ chức quản lý trên hai cấp độ:

+-------------------------------------------------------------+
|    BAN TỔNG GIÁM ĐỐC CÔNG TY TNHH MTV THOÁT NƯỚC HẢI PHÒNG  |
+-------------------------------------------------------------+
                               |
       +-----------------------+-----------------------+
       |                                               |
+------------------------+                   +------------------------+
| BỘ PHẬN KIỂM TOÁN      |                   | PHÒNG QUẢN LÝ          |
| NỘI BỘ (Đề xuất mới)   |                   | THÔNG TIN (Đề xuất mới)|
+------------------------+                   +------------------------+
       |                                               |
       +-----------------------+-----------------------+
                               |
+-------------------------------------------------------------+
| CÁC PHÒNG CHỨC NĂNG, ĐỘI QUẢN LÝ VÀ 12 XÍ NGHIỆP TRỰC THUỘC |
+-------------------------------------------------------------+
  • Tái cấu trúc Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng: Bổ sung trực thuộc Ban Giám đốc hai đơn vị mới gồm:
    1. Bộ phận Kiểm toán nội bộ: Kiểm soát tài chính, định mức chi phí và hiệu quả đầu tư công ích.
    2. Phòng Quản lý thông tin: Vận hành cơ sở dữ liệu lớn, bản đồ GIS, hệ thống SCADA và bảo trì phần mềm quản lý mạng lưới.
  • Phương án thống nhất quản lý mạng lưới đô thị trung tâm:
    • Phương án 1: Sáp nhập toàn bộ 3 công ty quản lý dịch vụ đô thị thành một doanh nghiệp duy nhất.
    • Phương án 2 (Phương án chọn): Chuyển giao toàn bộ chức năng, tài sản và nhiệm vụ quản lý thoát nước từ 2 công ty dịch vụ công ích quận về đầu mối duy nhất là Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng quản lý thống nhất. Phương án này bảo đảm tính chuyên môn hóa sâu, không làm xáo trộn các mảng dịch vụ công ích khác (cây xanh, chiếu sáng, vệ sinh môi trường).
  • Hoàn thiện cơ chế chính sách:
    • Xây dựng định mức chi phí quản lý vận hành công nghệ thông tin, quỹ tiền lương chuyên trách cho kỹ sư số hóa hệ thống thông tin và chuẩn bị lộ trình tích hợp BIM cho hạ tầng kỹ thuật.
    • Xây dựng lộ trình điều chỉnh giá dịch vụ thoát nước theo nguyên tắc tính đúng, tính đủ chi phí xử lý và thu gom, giảm dần gánh nặng bao cấp từ ngân sách nhà nước.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  1. Hệ thống hóa cơ sở lý luận về quản lý kỹ thuật mạng lưới thoát nước đô thị dựa trên lý thuyết độ tin cậy, phân tích nguyên nhân hư hỏng do ăn mòn hóa sinh H₂S và đề xuất phương pháp luận bảo trì tiên đoán sự cố cho hệ thống cống ngầm.
  2. Xây dựng khung phương pháp luận kết nối giữa hệ thống thông tin địa lý (GIS), mô hình thủy lực mô phỏng ngập lụt và quy trình quản lý thông tin sự cố trong một chỉnh thể thống nhất phục vụ quản trị đô thị hiện đại.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Thiết lập mô hình hệ thống thông tin (HTTT) quản lý tài sản mạng lưới thoát nước chi tiết cho 8 khu vực (17 lưu vực) thuộc đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng.
  2. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật công nghệ phù hợp với điều kiện địa phương: tuyến khoan kích ngầm ống D1500–D2000 trên đường Bùi Viện dẫn về Nhà máy Xử lý nước thải Vĩnh Niệm; giải pháp phục hồi cống gạch cũ bằng vật liệu polyme không đào hở; thiết kế cống ngăn triều van cung.
  3. Đề xuất mô hình tái cấu trúc tổ chức quản lý thoát nước: Bổ sung Phòng Quản lý thông tin và Bộ phận Kiểm toán nội bộ vào Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng; thống nhất bàn giao toàn bộ mạng lưới thoát nước đô thị lõi về một đầu mối doanh nghiệp duy nhất quản lý.
  4. Đề xuất căn cứ xây dựng định mức chi phí tiền lương cho nhân sự số hóa hệ thống thông tin và cơ chế giá dịch vụ thoát nước theo quy định pháp luật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án tập trung nghiên cứu trên phạm vi không gian 7 quận trung tâm thành phố Hải Phòng với hệ thống cống chung hiện hữu; các tính toán kỹ thuật và giải pháp tổ chức chủ yếu phục vụ giai đoạn đến năm 2030. Việc triển khai đồng bộ HTTT còn phụ thuộc vào tiến độ ban hành định mức chi phí công nghệ thông tin và chính sách giá dịch vụ thoát nước của Nhà nước.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    1. Thử nghiệm và đánh giá định lượng hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của mô hình HTTT tại một lưu vực thí điểm cụ thể (lưu vực trung tâm quận Lê Chân hoặc Ngô Quyền) trước khi nhân rộng toàn diện.
    2. Mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các khu vực đô thị mới, các huyện ven đô đang đô thị hóa nhanh (Thủy Nguyên, An Dương) và nghiên cứu tích hợp mô hình số hóa mạng lưới thoát nước với mô hình thông tin công trình (BIM) toàn diện cho hạ tầng kỹ thuật đô thị ven biển.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Luận án là tài liệu tham khảo chuyên ngành Quản lý Đô thị và Công trình, Hạ tầng Kỹ thuật Đô thị, Kỹ thuật Cấp thoát nước và Môi trường; đặc biệt là phương pháp luận kết hợp giữa quản lý kỹ thuật công trình, phân tích ăn mòn sinh học và ứng dụng công nghệ thông tin (GIS, Mike Couple).
  • Đối với cơ quan quản lý nhà nước (Sở Xây dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường, UBND các cấp): Cung cấp cơ sở khoa học để ban hành quy chế phối hợp quản lý thoát nước, hoàn thiện quy hoạch phân lưu vực thoát nước, xây dựng cơ chế giá dịch vụ thoát nước và định mức chi phí số hóa hạ tầng đô thị.
  • Đối với doanh nghiệp thoát nước và đơn vị tư vấn: Tham khảo các giải pháp kỹ thuật cụ thể (công nghệ khoan kích ngầm đường Bùi Viện, van ngăn triều kiểu cung, lót ống polyme không đào hở) và phương án tái cấu trúc phòng ban chuyên trách quản lý thông tin sự cố.

Câu hỏi thường gặp

1. Hiện trạng mạng lưới thoát nước khu vực trung tâm thành phố Hải Phòng có quy mô và đặc điểm cấu trúc như thế nào?

Mạng lưới thoát nước khu vực trung tâm thành phố Hải Phòng là hệ thống cống chung gồm 70 km cống trục chính cấp I, II (D600–D1200) và 192,5 km cống nhánh cấp III (D400–D600); 78,06 ha hồ điều hòa; 269,78 km mương thoát nước; 42.401 hố ga; 68 cống đê biển; 11 cống ngăn triều; 24 trạm bơm (3 trạm bơm nước mưa, 21 trạm bơm nước thải) và 2 nhà máy xử lý nước thải. Phần lớn đường cống ở khu phố cũ được xây bằng gạch, đá xẻ từ trước năm 1954, tiếp nhận chung cả nước mưa và nước thải.

2. Các nguyên nhân chính gây ăn mòn cống thoát nước bê tông được luận án chỉ ra là gì?

Nguyên nhân cốt lõi là do quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong nước thải bởi vi khuẩn ở điều kiện pH = 5,5–8,5 và nhiệt độ 15–38°C sinh ra khí hydrogen sulfide (H₂S). Khí này tích tụ ở khoảng không đỉnh cống không ngập nước, gặp vi khuẩn hiếu khí oxy hóa thành axit sulfuric (H₂SO₄), gây ăn mòn và phá hủy kết cấu bê tông. Dòng chảy rối và sụt thủy lực tại các điểm chuyển tiếp làm tăng tốc độ khuếch tán khí H₂S vào môi trường không khí trong cống.

3. Phương án tái cấu trúc tổ chức quản lý thoát nước đô thị Hải Phòng được luận án lựa chọn là gì?

Luận án lựa chọn Phương án 2: Chuyển giao toàn bộ chức năng, nhiệm vụ và tài sản quản lý thoát nước từ các công ty dịch vụ công ích địa phương về một đầu mối chuyên nghiệp duy nhất là Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng. Đồng thời, tái cấu trúc nội bộ Công ty Thoát nước Hải Phòng bằng cách bổ sung 02 bộ phận trực thuộc Ban Giám đốc: Bộ phận Kiểm toán nội bộ và Phòng Quản lý thông tin.

4. Giải pháp khoan kích ngầm (Pipe Jacking) được đề xuất ứng dụng cụ thể tại tuyến nào ở Hải Phòng?

Giải pháp khoan kích ngầm với các đoạn tuyến kích thẳng và kích cong được đề xuất triển khai trên trục đường Bùi Viện để lắp đặt tuyến cống thu gom nước thải dẫn trực tiếp vào Nhà máy Xử lý nước thải Vĩnh Niệm. Giải pháp này giúp thi công tuyến cống ngầm đường kính lớn mà không làm ảnh hưởng đến mặt đường, không cản trở giao thông đô thị và đảm bảo độ bền công trình trên 50 năm.

5. Dữ liệu GIS phục vụ quản lý mạng lưới thoát nước được nắn chỉnh và kiểm soát sai số bằng công cụ nào?

Quy trình nắn chỉnh dữ liệu GIS từ bản vẽ CAD được thực hiện thông qua công cụ Spatial Adjustment trong phần mềm ArcGIS 10 (ESRI) bằng phương pháp chuyển đổi tịnh tiến Transformation Affine (sai số RMS < 0,02006 m). Dữ liệu tọa độ thực địa thu thập bằng máy GPS Garmin Oregon 550t kết hợp phần mềm lập kế hoạch Trimble GPS Planning để kiểm soát hệ số suy giảm vị trí PDOP thông qua bảng phát sóng vệ tinh almanac dưới 30 ngày.

Kết luận

Luận án của tác giả Phạm Văn Vượng đã giải quyết một cách có hệ thống bài toán quản lý mạng lưới thoát nước tại đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng trong bối cảnh chịu tác động kép của đô thị hóa nhanh và biến đổi khí hậu ven biển. Tác giả đã kết hợp đồng bộ giữa giải pháp quản lý kỹ thuật công trình (kiểm soát ăn mòn hóa sinh H₂S, bảo trì tiên đoán, khoan kích ngầm, phục hồi cống bằng polyme, van ngăn triều kiểu cung) với việc thiết lập mô hình hệ thống thông tin quản lý (HTTT) dựa trên dữ liệu lớn và GIS. Đồng thời, công trình đưa ra phương án tái cấu trúc tổ chức quản lý nhà nước và doanh nghiệp thoát nước thống nhất về một đầu mối, cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc cho công tác quản trị và phát triển bền vững hạ tầng kỹ thuật đô thị Hải Phòng đến năm 2030.