Tổng quan nghiên cứu

Nước là nguồn tài nguyên quý giá và thiết yếu cho sự phát triển bền vững của con người và các sinh vật trên Trái Đất. Tại Việt Nam, đặc biệt là thành phố Đà Nẵng – một đô thị loại 1 trực thuộc trung ương với tốc độ đô thị hóa nhanh và phát triển kinh tế xã hội mạnh mẽ, nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng cao. Theo số liệu thống kê năm 2020, dân số Đà Nẵng đạt khoảng 1,8 triệu người với mật độ dân số trung bình 784 người/km², trong đó quận Thanh Khê có mật độ cao nhất lên tới gần 20.000 người/km². Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt và công nghiệp dự kiến tăng từ 218.591 m³/ngày lên 431.557 m³/ngày vào năm 2030. Tuy nhiên, hệ thống cấp nước hiện tại của thành phố đang đối mặt với nhiều thách thức như nguồn nước thô bị nhiễm mặn, công suất nhà máy nước chưa đáp ứng đủ, áp lực nước không đồng đều, đặc biệt là tại các khu vực ngoại thành và vùng thấp. Mục tiêu nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả cấp nước cho hệ thống cấp nước đô thị Đà Nẵng, thông qua việc mô phỏng thủy lực, đánh giá các kịch bản rủi ro và đề xuất giải pháp kỹ thuật, tổ chức quản lý phù hợp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống cấp nước đô thị Đà Nẵng giai đoạn 2020-2030, với trọng tâm là các nhà máy nước chính và mạng lưới đường ống cấp 1 và cấp 2. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp nước sạch, ổn định, góp phần phát triển kinh tế xã hội và nâng cao chất lượng cuộc sống người dân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình quản lý cấp nước hiệu quả, bao gồm:

  • Lý thuyết cấp nước an toàn: Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), cấp nước an toàn là quá trình quản lý và đánh giá rủi ro xuyên suốt chu trình cấp nước từ nguồn nước thô đến người tiêu dùng cuối cùng, nhằm giảm thiểu nguy cơ và nâng cao hiệu quả cấp nước.
  • Mô hình thủy lực mạng lưới cấp nước: Sử dụng công thức Hazen-Williams để tính toán lưu lượng, áp lực và tổn thất áp lực trong mạng lưới đường ống.
  • Khái niệm về mạng lưới cấp nước đô thị: Bao gồm mạng cấp 1 (đường ống chính vận chuyển nước đến các vùng), mạng cấp 2 (đường ống nối điều hòa lưu lượng) và mạng cấp 3 (đường ống phân phối đến người dùng).
  • Quản lý kỹ thuật và tổ chức cấp nước: Tập trung vào việc phân vùng quản lý, vận hành, bảo trì và ứng dụng công nghệ thông tin trong giám sát mạng lưới cấp nước.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng (DAWACO), các báo cáo quy hoạch, số liệu dân số, nhu cầu sử dụng nước, chất lượng nguồn nước thô và thông tin kỹ thuật mạng lưới cấp nước.
  • Phương pháp phân tích: Áp dụng mô hình thủy lực mô phỏng mạng lưới cấp nước bằng phần mềm Epanet 2.0, mô phỏng lưu lượng, áp lực, đánh giá các kịch bản rủi ro như nhiễm mặn, thiếu nước.
  • Chọn mẫu và cỡ mẫu: Mô hình bao gồm toàn bộ mạng lưới cấp 1 và cấp 2 của thành phố Đà Nẵng với tổng chiều dài đường ống khoảng 278 km, bao phủ 6 vùng cấp nước chính.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn 2020-2030, với các kịch bản mô phỏng và đánh giá được thực hiện cho năm 2020 và dự báo đến năm 2030.
  • Phương pháp tổng hợp và đề xuất: Tổng hợp kết quả mô phỏng, phân tích các điểm yếu, đề xuất giải pháp kỹ thuật, tổ chức quản lý và chính sách phù hợp với điều kiện thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nguồn nước thô bị nhiễm mặn và thiếu hụt: Từ năm 2010 đến nay, trung bình mỗi năm chỉ khai thác được khoảng 86,5% lượng nước thô cần thiết từ sông Cầu Đỏ, với số ngày cấp nước an toàn khoảng 265 ngày/năm. Năm 2013, có tới 185 ngày sông Cầu Đỏ bị nhiễm mặn, đỉnh mặn đo được lên tới 13.580 mg/l, vượt xa tiêu chuẩn cho phép.
  2. Công suất nhà máy nước chưa đáp ứng nhu cầu: Nhà máy nước Cầu Đỏ có công suất thiết kế 170.000 m³/ngày, nhưng công suất thực tế vận hành có lúc vượt quá 190.000 m³/ngày, đặc biệt trong giờ cao điểm. Nhà máy nước Sân Bay có công suất thiết kế 30.000 m³/ngày nhưng công suất thực tế lên tới 39.000 m³/ngày.
  3. Mạng lưới đường ống cấp nước chưa đồng bộ và thiếu ống nối: Các vùng như Thanh Khê, Liên Chiểu, Ngũ Hành Sơn có mạng lưới đường ống chính chủ yếu là mạng cắt (cut) thiếu ống nối tạo thành mạng vòng, dẫn đến áp lực nước không ổn định, nhiều khu vực áp lực thấp dưới 0,1 bar, không đạt tiêu chuẩn kỹ thuật (áp lực tối thiểu 8 m cột nước).
  4. Quản lý kỹ thuật và tổ chức vận hành còn hạn chế: Công tác quản lý mạng lưới cấp nước chưa toàn diện, chưa ứng dụng đầy đủ mô hình thủy lực để dự báo và xử lý kịp thời các tình huống rủi ro. Đội ngũ nhân lực có trình độ tốt nhưng thiếu tính cạnh tranh và chưa phát huy tối đa hiệu quả quản lý.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng cấp nước chưa hiệu quả là do sự suy giảm nguồn nước thô, đặc biệt là nhiễm mặn kéo dài và công suất nhà máy nước không đáp ứng kịp nhu cầu tăng nhanh của đô thị. Mạng lưới đường ống chưa được thiết kế đồng bộ, nhiều khu vực chỉ có mạng cắt, thiếu mạng vòng làm giảm khả năng điều hòa lưu lượng và áp lực, gây ra tình trạng thiếu nước cục bộ. So sánh với các thành phố như Seoul (Hàn Quốc) và New York (Mỹ), nơi áp dụng quản lý kỹ thuật chặt chẽ, mô hình thủy lực hiện đại và tổ chức vận hành khoa học, Đà Nẵng còn nhiều hạn chế trong việc ứng dụng công nghệ và quản lý tổng thể. Việc mô phỏng thủy lực bằng phần mềm Epanet đã giúp xác định chính xác các điểm yếu trong mạng lưới, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật và tổ chức phù hợp. Kết quả nghiên cứu có thể được trình bày qua biểu đồ áp lực và lưu lượng tại các nút mạng, bản đồ phân bố áp lực và các kịch bản rủi ro nhiễm mặn để minh họa mức độ ảnh hưởng và hiệu quả các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và hoàn thiện mạng lưới đường ống cấp nước đồng bộ: Thiết kế bổ sung các tuyến ống nối để tạo thành mạng vòng tại các vùng Thanh Khê, Liên Chiểu, Ngũ Hành Sơn nhằm ổn định áp lực và lưu lượng nước. Mục tiêu đạt áp lực tối thiểu 8 m cột nước tại các điểm nút trong vòng 2 năm, do Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng phối hợp với Sở Xây dựng thực hiện.
  2. Nâng công suất và hiện đại hóa các nhà máy nước: Hoàn thành nâng công suất nhà máy nước Cầu Đỏ lên 290.000 m³/ngày vào năm 2020 và tiếp tục nâng lên 530.000 m³/ngày vào năm 2030. Đồng thời, đầu tư công nghệ xử lý nước tiên tiến để đảm bảo chất lượng nước sạch, giảm thiểu chi phí vận hành.
  3. Xây dựng đập ngăn mặn sông Cầu Đỏ: Đẩy nhanh tiến độ phê duyệt và xây dựng đập ngăn mặn nhằm bảo vệ nguồn nước thô, giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễm mặn, đảm bảo nguồn nước ổn định cho nhà máy nước. Thời gian thực hiện dự kiến trong 5 năm tới, phối hợp giữa UBND thành phố và các cơ quan chức năng.
  4. Ứng dụng công nghệ mô phỏng thủy lực và quản lý thông minh: Triển khai hệ thống giám sát, điều khiển tự động dựa trên mô hình thủy lực Epanet và các phần mềm quản lý hiện đại để dự báo, phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố cấp nước. Đào tạo nâng cao năng lực cho đội ngũ vận hành trong vòng 1 năm.
  5. Tăng cường công tác tuyên truyền và nâng cao ý thức sử dụng nước tiết kiệm: Phối hợp với các cơ quan truyền thông và cộng đồng để nâng cao nhận thức người dân về tiết kiệm nước, giảm thất thoát và sử dụng nước hiệu quả. Thực hiện liên tục và đánh giá hiệu quả hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về cấp nước và quy hoạch đô thị: Sở Xây dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường, UBND thành phố Đà Nẵng có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch phát triển hệ thống cấp nước bền vững.
  2. Doanh nghiệp cấp nước đô thị: Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng và các đơn vị vận hành có thể áp dụng mô hình thủy lực và các giải pháp kỹ thuật đề xuất để nâng cao hiệu quả quản lý, vận hành mạng lưới cấp nước.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy lợi, môi trường, kỹ thuật cấp nước: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp mô phỏng và phân tích thực tiễn, là tài liệu tham khảo quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo.
  4. Các tổ chức quốc tế và đối tác phát triển: Các tổ chức hỗ trợ phát triển ngành cấp nước có thể tham khảo để thiết kế các chương trình hợp tác, đầu tư và chuyển giao công nghệ phù hợp với điều kiện thực tế của Đà Nẵng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nguồn nước thô ở Đà Nẵng bị nhiễm mặn thường xuyên?
    Nguồn nước thô chủ yếu lấy từ sông Cầu Đỏ, chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, hạn hán kéo dài và các công trình thủy điện thượng nguồn làm giảm lưu lượng nước ngọt, dẫn đến xâm nhập mặn sâu vào sông, gây nhiễm mặn kéo dài.

  2. Mạng lưới cấp nước hiện tại của Đà Nẵng có những hạn chế gì?
    Mạng lưới chủ yếu là mạng cắt, thiếu các tuyến ống nối tạo thành mạng vòng, dẫn đến áp lực nước không ổn định, nhiều khu vực áp lực thấp, gây thiếu nước cục bộ và giảm hiệu quả cấp nước.

  3. Phần mềm Epanet được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Epanet mô phỏng thủy lực mạng lưới cấp nước, tính toán lưu lượng, áp lực và chất lượng nước theo thời gian thực, giúp đánh giá hiệu quả vận hành và dự báo các kịch bản rủi ro để đề xuất giải pháp tối ưu.

  4. Giải pháp kỹ thuật nào được đề xuất để nâng cao hiệu quả cấp nước?
    Bao gồm xây dựng mạng lưới đường ống đồng bộ, nâng công suất nhà máy nước, xây dựng đập ngăn mặn, ứng dụng công nghệ quản lý thông minh và tăng cường tuyên truyền tiết kiệm nước.

  5. Ai là đối tượng chính hưởng lợi từ nghiên cứu này?
    Người dân Đà Nẵng được cung cấp nước sạch, ổn định; các cơ quan quản lý và doanh nghiệp cấp nước có công cụ quản lý hiệu quả; các nhà nghiên cứu và tổ chức phát triển có tài liệu tham khảo thực tiễn.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã đánh giá chính xác thực trạng cấp nước Đà Nẵng, chỉ ra các tồn tại về nguồn nước, công suất nhà máy và mạng lưới cấp nước.
  • Ứng dụng mô hình thủy lực Epanet giúp mô phỏng và phân tích các kịch bản vận hành, rủi ro, từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật và tổ chức phù hợp.
  • Đề xuất xây dựng mạng lưới đường ống đồng bộ, nâng công suất nhà máy nước, xây dựng đập ngăn mặn và ứng dụng công nghệ quản lý hiện đại.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả cấp nước, đảm bảo cung cấp nước sạch, ổn định cho phát triển kinh tế xã hội Đà Nẵng giai đoạn 2020-2030.
  • Khuyến nghị các cơ quan chức năng, doanh nghiệp cấp nước và cộng đồng phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất để đạt được mục tiêu phát triển bền vững.

Hành động tiếp theo: Triển khai các dự án nâng cấp mạng lưới và nhà máy nước, hoàn thiện đập ngăn mặn, đồng thời áp dụng hệ thống quản lý thông minh để giám sát và điều hành hiệu quả. Đề nghị các bên liên quan phối hợp chặt chẽ để đảm bảo tiến độ và hiệu quả thực hiện.