Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ với đề tài "Nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý mạng lưới thoát nước đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng" thuộc chuyên ngành Quản lý Đô thị và Công trình (mã số 9580106), được thực hiện tại Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội năm 2022. Luận án tiếp cận theo hướng nghiên cứu hỗn hợp, kết hợp giữa kỹ thuật hạ tầng đô thị, công nghệ thông tin địa lý và khoa học quản lý tổ chức.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng thông qua việc hình thành các khu đô thị mới, tổ hợp chung cư, trung tâm thương mại và dịch vụ đã làm xáo trộn cấu trúc quy hoạch hạ tầng kỹ thuật ban đầu, gây cô lập kết cấu hạ tầng kỹ thuật vùng lõi, làm gia tăng tần suất xảy ra sự cố và đẩy nhanh tốc độ xuống cấp của hệ thống thoát nước.

Tại thành phố Hải Phòng – đô thị loại I cấp quốc gia và trung tâm kinh tế vùng Duyên hải Bắc Bộ – mạng lưới cống thoát nước có lịch sử hình thành hơn 130 năm (từ năm 1888), chủ yếu là mạng lưới cống chung cho cả nước mưa và nước thải. Hệ thống này chịu áp lực lớn từ điều kiện tự nhiên ven biển đặc thù: chế độ nhật triều có biên độ lớn, nguy cơ nước biển dâng, sạt lở bờ sông biển và các hình thái thời tiết cực đoan do biến đổi khí hậu.

Khoảng trống nghiên cứu được chỉ ra bao gồm:

  • Phương thức quản lý mạng lưới thoát nước đô thị tại Việt Nam hiện hành chủ yếu dựa trên "quản trị tài sản thực" một cách thụ động, dựa vào kinh phí cấp phát hạn hẹp mà thiếu các cơ chế đánh giá định lượng độ tin cậy công trình và kiểm soát ăn mòn khí sinh học.
  • Việc ứng dụng công nghệ thông tin (hệ thống GIS, phần mềm chuyên dụng) còn rời rạc, thiếu sự đồng bộ trong quy trình xử lý dữ liệu và gặp rào cản về cơ chế chính sách, định mức chi phí vận hành, quỹ lương nhân sự chuyên trách.
  • Thiếu các mô hình tích hợp đồng bộ giữa kỹ thuật kiểm soát sự cố (đặc biệt là ăn mòn sinh học khí $H_2S$, bảo trì tiên đoán), giải pháp công trình ngăn triều/cải tạo mạng lưới và việc tái cấu trúc bộ máy tổ chức quản lý nhà nước cũng như doanh nghiệp vận hành.

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.

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 vực chia thành 17 lưu vực thoát nước thuộc địa bàn 07 quận nội thành: Hồng Bàng, Ngô Quyền, Lê Chân, Dương Kinh, Đồ Sơn, Kiến An và Hải An.
  • Phạm vi thời gian: Đến năm 2030 (định hướng và tầm nhìn đến năm 2050 theo các quy hoạch chuyên ngành).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Tác giả đã hệ thống hóa các nghiên cứu quốc tế và trong nước theo các nhóm vấn đề chuyên môn:

  1. Nghiên cứu về tính toán thủy lực, độ tin cậy và tuổi thọ mạng lưới thoát nước:

    • Các công trình nền tảng về tính toán thủy lực và cấu tạo mạng lưới của Pavlovsky N.N.
    • Các nghiên cứu giải thích độ tin cậy và độ bền vật liệu qua các thời kỳ: Obukhov E. (cuối những năm 1930), Molokov M. (cuối những năm 1950), Abramovich I.A. (những năm 1980). Các công trình này chỉ ra rằng việc nâng cao chất lượng vật liệu (như sử dụng xi măng bền sulfate, vật liệu polymer) có vai trò quyết định đến tuổi thọ công trình hơn là chỉ đơn thuần cải thiện chất lượng thi công.
    • Các nghiên cứu về cơ chế ăn mòn bê tông do khí sinh học ($H_2S$, $H_2SO_4$) của các tác giả [58], [76], [79], trong đó xác định mối liên hệ giữa giá trị BOD, dải pH từ 5,5 đến 8,5, nhiệt độ từ 15°C đến 38°C và vận tốc dòng chảy đối với quá trình phát sinh khí.
    • Mô hình toán học tính toán tốc độ hình thành sulfide trong ống áp lực và tự chảy của các tác giả [55], [67], [65].
    • Giải pháp bảo vệ chống ăn mòn bằng lớp phủ bên trong lòng cống của Pekarova [74], Okun [60], và nghiên cứu ứng dụng bê tông polymer của Ivanov F.M. và cộng sự [70].

  2. Nghiên cứu về công nghệ thi công, sửa chữa không đào và bảo trì tiên đoán:

    • Các chương trình hiện đại hóa mạng lưới thoát nước tại CHLB Đức với quy mô đầu tư khoảng 86 tỷ USD, sử dụng thiết bị robot mang camera khảo sát, công nghệ luồn ống lót polymer (polyethylene, PVC, composite ngâm tẩm nhựa epoxy) và công nghệ khoan kích ngầm (pipe jacking) không đào hở đường kính từ 0,4m đến 3,6m.
    • Kinh nghiệm kiểm soát ngập lụt bằng hồ điều hòa, đê kè tại Hà Lan [69] và hệ thống cống ngầm, bể trữ nước ngầm quy mô lớn tại Tokyo (Nhật Bản).

  3. Nghiên cứu thực tiễn quản lý và công nghệ tại Việt Nam:

    • Thực trạng cơ cấu tổ chức và vận hành tại các đô thị lớn: Công ty TNHH MTV Thoát nước Hà Nội [9], Công ty TNHH MTV Thoát nước đô thị TP. Hồ Chí Minh [20], Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng [8].
    • Kinh nghiệm áp dụng công nghệ thi công khoan kích ngầm: Tuyến cống thu gom nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè tại TP. Hồ Chí Minh (đường kính D3000mm, dài 410m dưới đáy sông Sài Gòn) và Dự án hệ thống xử lý nước thải Yên Xá tại Hà Nội (đường kính D1500–D2200mm, chiều dài khoảng 40km).
    • Ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý tài sản thoát nước: Phần mềm City-work [27]; Quy trình nắn chuyển dữ liệu CAD sang GIS tại thành phố Huế sử dụng phần mềm ArcGIS 10 của ESRI, thuật toán Transformation Affine và thiết bị GPS Garmin Oregon 550t kết hợp phần mềm Planning Trimble để tối ưu giá trị PDOP [33].
    • Dự án quản lý số hóa tài sản thoát nước tại Hải Phòng do thành phố Kitakyushu (Nhật Bản) hỗ trợ thông qua phần mềm GIS của Công ty KDDI từ năm 2017 [35].

Khoảng trống luận án giải quyết

Luận án tập trung giải quyết việc thiếu hụt một hệ thống giải pháp toàn diện cho đô thị ven biển Hải Phòng, bao gồm:

  • Thiết lập quy trình quản lý thông tin sự cố và xây dựng mô hình bảo trì tiên đoán kết hợp kiểm soát ăn mòn khí sinh học $H_2S$.
  • Xây dựng mô hình Hệ thống thông tin (HTTT) quản lý kỹ thuật và tài sản mạng lưới thoát nước trên nền tảng GIS, chuẩn hóa quy trình tiếp nhận và xử lý dữ liệu.
  • Đề xuất các giải pháp công trình cải tạo thích ứng: cống ngăn triều van cong, giếng tách dòng trên kè bờ sông, khoan kích ngầm và phục hồi đường ống cũ bằng ống polymer tự hồi phục.
  • Đề xuất phương án tái cấu trúc bộ máy tổ chức của doanh nghiệp thoát nước (bổ sung Phòng Quản lý thông tin và Bộ phận Kiểm toán nội bộ) cùng mô hình chuyển giao quản lý nhà nước thống nhất một đầu mối.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm áp dụng

  • Lý thuyết về độ bền và độ tin cậy mạng lưới thoát nước: Tiếp cận đánh giá độ tin cậy thông qua tuổi thọ công trình và tần suất tắc nghẽn, sự cố theo thời gian.
  • Cơ chế ăn mòn khí sinh học: Quá trình chuyển hóa sulfate thành khí hydrogen sulfide ($H_2S$) bởi vi khuẩn yếm khí tại các vùng dòng chảy chậm, lắng cặn và sự oxy hóa tiếp theo của $H_2S$ thành axit sulfuric ($H_2SO_4$) gây ăn mòn bê tông vòm cống.
  • Mô hình Quản trị tài sản và Bảo trì tiên đoán (Predictive Maintenance): Ứng dụng công nghệ thông tin để ghi nhận lý lịch tài sản, theo dõi biến động trạng thái kỹ thuật và dự báo rủi ro sự cố.
  • Khung phân tích đa tiêu chí (MCA - Multi-Criteria Analysis): Dùng để so sánh, đánh giá và lựa chọn các giải pháp kỹ thuật, điển hình là đánh giá lựa chọn các loại van/cống ngăn triều.
  • Mô hình phân tích SWOT: Đánh giá các điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội và thách thức trong việc xây dựng các kịch bản dự báo và vận hành hệ thống thông tin quản lý.
  • Hệ thống quy chuẩn, tiêu 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, QCVN 07-3:2016/BXD, QCVN 07-9:2016/BXD, QCVN 08-MT:2015/BTNMT.

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp khảo sát thực địa và thu thập dữ liệu: Khảo sát hiện trạng hệ thống cống, hố ga, kênh mương, hồ điều hòa, trạm bơm; thu thập số liệu thủy văn, khí tượng, nhật trình triều cường và vết lũ lịch sử.
  2. Phương pháp phân tích và tổng hợp: Phân tích cấu trúc hệ thống, thống kê thông số ô nhiễm nước mặt, tổng hợp thực trạng cơ cấu tổ chức và áp dụng mô hình SWOT.
  3. Phương pháp so sánh, đối chiếu: Đối chiếu mô hình quản lý, công nghệ xử lý và sơ đồ tổ chức của Hải Phòng với Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Đà Nẵng và các mô hình quốc tế (Hà Lan, Nhật Bản, Đức).
  4. Phương pháp bản đồ và GIS: Số hóa bản đồ mạng lưới thoát nước, xử lý không gian, phân vùng 17 lưu vực thoát nước đô thị trung tâm và nắn chỉnh dữ liệu không gian bằng ArcGIS.
  5. Phương pháp kế thừa: Kế thừa số liệu và kết quả từ Dự án Thoát nước và Vệ sinh Hải Phòng (WB-1B), Dự án JICA, Dự án hợp tác Kitakyushu, Quyết định 1881/QĐ-BNN-TCTL, Quyết định 626/QĐ-UBND, Quyết định 565/QĐ-UBND.
  6. Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến các nhà khoa học, cán bộ quản lý thuộc Sở Xây dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường, các hội nghề nghiệp và doanh nghiệp thoát nước.
  7. Phương pháp mô hình hóa và dự báo: Ứng dụng mô hình thủy lực – thủy văn Mike Couple (Mike 11, Mike 21, Mike Urban, Mike Flood) để mô phỏng ngập lụt đô thị và dự báo biến đổi dòng chảy khi mực nước biển dâng.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Dữ liệu quy hoạch hạ tầng kỹ thuật và bản đồ thoát nước thành phố Hải Phòng [44], [45].
  • Số liệu quan trắc khí tượng thủy văn, lưu lượng dòng chảy và triều cường từ Trạm Hòn Dấu và Viện Tài nguyên và Môi trường Biển Hải Phòng.
  • Hồ sơ kỹ thuật, báo cáo nhân sự và vận hành của Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng [10], [18], [19].
  • Số liệu thống kê của Cục Hạ tầng kỹ thuật – Bộ Xây dựng (năm 2021).

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 phân tích bức tranh tổng thể về lý luận và thực trạng quản lý mạng lưới thoát nước ở quy mô quốc tế, quốc gia và tập trung sâu vào đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng.

1. Hiện trạng cơ sở hạ tầng thoát nước khu vực nghiên cứu

Hải Phòng là đô thị loại I có dân số năm 2020 đạt khoảng 2.028.493 người, trong đó dân số khu vực đô thị trung tâm là 932.400 người. Mạng lưới thoát nước khu vực trung tâm là mạng lưới cống chung.

Hạng mục công trình Quy mô / Số lượng thống kê
Chiều dài đường cống (D300 đến D2000 và cống hộp) 315,5 km (70 km cống chính cấp I, II; 192,5 km cống nhánh cấp III)
Chiều dài kênh, mương thoát nước 269,78 km
Diện tích hồ điều hòa 78,06 ha
Số lượng hố ga các loại 42.401 ga
Số lượng cống qua đê biển 68 cống
Số lượng cống ngăn triều 11 cống
Số lượng trạm bơm 24 trạm (03 trạm bơm nước mưa, 21 trạm bơm nước thải)
Nhà máy xử lý nước thải (NMXLNT) 02 nhà máy (gồm NMXLNT Vĩnh Niệm công suất GĐ 1: 36.000 m³/ngđ)
Địa bàn quản lý chính 07 quận: Hồng Bàng, Ngô Quyền, Lê Chân, Dương Kinh, Đồ Sơn, Kiến An, Hải An

2. Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước mặt đô thị

Lượng nước thải sinh hoạt và sản xuất xả trực tiếp vào hệ thống cống chung chưa qua xử lý triệt để đã làm suy giảm chất lượng nước mặt tại 04 quận lõi (Hồng Bàng, Lê Chân, Ngô Quyền, Hải An). Các chỉ tiêu ô nhiễm quan trắc được so với QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1) đều vượt chuẩn:

  • COD vượt từ 2,5 đến 60 lần.
  • $\text{BOD}_5$ vượt từ 3 đến 67 lần.
  • $\text{NH}_4^+$ vượt từ 1 đến 12 lần.
  • Coliform vượt từ 1 đến 2,5 lần.

3. Điều kiện tự nhiên và nguy cơ ngập úng

Thành phố chịu tác động trực tiếp của chế độ nhật triều ven biển với biên độ triều lớn ($\Delta H_{\max}$ từ 3,5m đến 3,9m; đỉnh triều lịch sử tại Hòn Dấu đạt +3,94m vào ngày 23/06/1968). Theo kịch bản biến đổi khí hậu, nếu mực nước biển dâng 100cm, có tới 30,2% diện tích toàn thành phố có nguy cơ bị ngập, trong đó huyện Kiến Thụy ngập cao nhất (52,94% diện tích).

4. Hiện trạng tổ chức và ứng dụng công nghệ thông tin

Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng là đơn vị nòng cốt với 565 cán bộ công nhân viên (10 thạc sĩ, 123 trình độ đại học, 5 cao đẳng/trung cấp, 427 lao động trực tiếp). Mặc dù được tài trợ chuyển giao phần mềm GIS từ thành phố Kitakyushu và KDDI từ năm 2017, tiến độ số hóa tài sản gặp nhiều trở ngại do gián đoạn hỗ trợ kỹ thuật quốc tế trong giai đoạn dịch bệnh và thiếu cơ chế tiền lương, quỹ ngân sách dành riêng cho công tác phát triển dữ liệu số.

Về mặt công nghệ chuyển đổi dữ liệu CAD sang GIS cho mạng lưới thoát nước, quy trình 6 bước được tổng kết:

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 chuẩn khu vực nghiên cứu
4 Kiểm tra, hiệu chỉnh dữ liệu không gian và tạo 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 không gian (Geodatabase)

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

Chương 2 thiết lập các căn cứ pháp lý, cơ sở lý luận chuyên ngành và kinh nghiệm thực tiễn phục vụ việc đề xuất giải pháp.

1. Cơ sở pháp lý và định hướng quy hoạch

Hệ thống hóa các văn bản quy phạm pháp luật, Nghị định Chính phủ về thoát nước và xử lý nước thải, hệ thống Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam (QCVN 07-2:2016/BXD, QCVN 07-3:2016/BXD), Tiêu chuẩn TCVN 7957:2008 và TCVN 12251:2020. Định hướng quy hoạch thoát nước Hải Phòng đến năm 2030, tầm nhìn 2050 phân chia vùng lõi thành 8 khu vực với 17 lưu vực thoát nước chi tiết:

  • Khu vực 1: Lưu vực 1 và 2.
  • Khu vực 2: Lưu vực 3 và 4.
  • Khu vực 3: Lưu vực 5, 6, 7, 8.
  • Khu vực 4: Lưu vực 9 và 10.
  • Khu vực 5: Lưu vực 11, 12, 13.
  • Khu vực 6: Lưu vực 14 và 15.
  • Khu vực 7: Lưu vực 16.
  • Khu vực 8: Lưu vực 17.

2. Cơ sở lý luận về kiểm soát ăn mòn khí sinh học

Phân tích chi tiết động học hình thành khí $H_2S$ trong đường cống tự chảy và có áp. Khí $H_2S$ sinh ra từ quá trình phân hủy yếm khí của bùn cặn hữu cơ tại đáy cống thoát ra không gian không ngập nước, gặp vi khuẩn hiếu khí trên vòm cống chuyển hóa thành $H_2SO_4$, ăn mòn lớp bê tông và cốt thép. Do đó, việc cải thiện chế độ thủy lực, tránh tạo dòng chảy sụt giảm áp và duy trì vận tốc dòng chảy thích hợp là cơ sở để triệt tiêu nguồn sinh khí.

3. Phân tích kinh nghiệm và phương pháp đánh giá lựa chọn công nghệ

  • So sánh các công nghệ sửa chữa phục hồi không đào: phương pháp lót ống polymer tự phục hồi, công nghệ khoan kích ngầm cự ly dài và cong.
  • Áp dụng phương pháp phân tích đa tiêu chí (MCA) để đánh giá các giải pháp công trình kiểm soát triều cường (so sánh van lật, cống van phẳng, cống van hình cung).

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

Chương 3 trình bày hệ thống các giải pháp đồng bộ từ kỹ thuật, công nghệ thông tin đến tổ chức và thể chế chính sách.

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

  • Kiểm soát ăn mòn sinh học: Thiết kế kiểm soát dòng chảy sụt thủy lực tại các điểm giao nối giữa tuyến cống áp lực và cống tự chảy, tăng cường thông khí tự nhiên có kiểm soát nhằm hạn chế phát tán khí $H_2S$.
  • Quy trình bảo trì tiên đoán: Thiết lập chu trình tiếp nhận thông tin, phân tích dữ liệu cảm biến/khảo sát thực địa, đánh giá rủi ro hỏng hóc bằng mô hình toán học và lên kế hoạch xử lý phòng ngừa trước khi xảy ra sự cố vỡ/sập cống.

2. Xây dựng mô hình Hệ thống thông tin (HTTT) quản lý mạng lưới

  • Thiết lập kiến trúc HTTT quản lý tích hợp cơ sở dữ liệu GIS, module quản lý phản ứng sự cố (RMS), hệ thống giám sát SCADA và định hướng tích hợp mô hình thông tin công trình (BIM).
  • Chuẩn hóa quy trình xử lý dữ liệu từ nguồn thông tin bên ngoài (người dân, cảm biến mức nước, dự báo khí tượng thủy văn) đưa vào hệ thống phân tích SWOT để tự động đề xuất phương án điều hành trạm bơm, đóng mở cống ngăn triều.

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

  • Cải tạo cống vùng đô thị cũ: Áp dụng giải pháp phục hồi đường cống xuống cấp bằng phương pháp bóp ống chèn ống tròn polymer không cần đào đường; bố trí hào/tuynel kỹ thuật tại các tuyến phố chính.
  • Công nghệ khoan kích ngầm (KKN): Đề xuất thiết kế tuyến cống kích thẳng và kích cong đường kính lớn trên trục đường Bùi Viện dẫn nước thải về NMXLNT Vĩnh Niệm nhằm giảm thiểu giải phóng mặt bằng và không làm gián đoạn giao thông.
  • Giếng tách nước thải: Thiết kế chi tiết mô hình giếng tách nước thải (CSO) đặt trực tiếp trên các tuyến kè bờ sông, đảm bảo tách triệt để nước thải mùa khô đưa về nhà máy xử lý và giảm tràn nước bẩn ra sông hồ vào mùa mưa.
  • Giải pháp ngăn triều cường: Đề xuất xây dựng các cống ngăn triều sử dụng kết cấu van hình cung tự động đóng mở theo chênh lệch áp lực nước và hỗ trợ vận hành bằng xilanh thủy lực.

4. Đề xuất tái cấu trúc tổ chức và cơ chế chính sách quản lý nhà nước

  • Tái cấu trúc Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng: Bổ sung 02 bộ phận chuyên trách mới trực thuộc ban điều hành gồm: Phòng Quản lý thông tin (chịu trách nhiệm quản trị hệ thống GIS, dữ liệu mạng lưới, phân tích mô phỏng ngập) và Bộ phận Kiểm toán nội bộ (giám sát chi phí, kiểm soát chất lượng công tác duy tu bảo dưỡng).
  • Phương án tổ chức quản lý ngành: Luận án phân tích 02 phương án:
    • Phương án 1: Sáp nhập 3 công ty đang cùng tham gia quản lý các mảng thoát nước trên địa bàn thành phố.
    • Phương án 2 (Phương án lựa chọn): Chuyển giao thống nhất toàn bộ chức năng, địa bàn quản lý chuyên ngành thoát nước đô thị trung tâm về một đầu mối duy nhất là Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng quản lý đồng bộ từ thu gom, vận chuyển đến vận hành trạm bơm, hồ điều hòa và NMXLNT.
  • Cơ chế chính sách: Đề xuất lộ trình tính đúng, tính đủ giá dịch vụ thoát nước thay cho phụ thu phí bảo vệ môi trường 10%; xây dựng định mức kinh tế kỹ thuật và cơ chế chi trả tiền lương cho đội ngũ nhân sự quản trị hệ thống thông tin dữ liệu số.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

  1. Hệ thống hóa cơ sở lý luận về quản lý mạng lưới thoát nước đô thị trong điều kiện đặc thù vùng ven biển chịu ảnh hưởng của chế độ nhật triều biên độ cao và biến đổi khí hậu.
  2. Thiết lập quy trình quản lý thông tin sự cố dựa trên việc kết hợp giữa lý thuyết độ tin cậy công trình và phương pháp kiểm soát ăn mòn bê tông do khí sinh học $H_2S$.
  3. Xây dựng khung lý thuyết và quy trình tích hợp mô hình Hệ thống thông tin (HTTT) quản lý mạng lưới thoát nước trên nền GIS, phục vụ công tác bảo trì tiên đoán sự cố hạ tầng kỹ thuật đô thị.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp kỹ thuật

  1. Đề xuất nhóm giải pháp công nghệ công trình thích ứng với đô thị cũ Hải Phòng: thiết kế giếng tách nước thải trên bờ kè, ứng dụng công nghệ khoan kích ngầm tuyến ống dẫn về NMXLNT Vĩnh Niệm, công nghệ lót ống polymer phục hồi không đào hở, và mô hình cống ngăn triều van hình cung.
  2. Đề xuất phương án tái cấu trúc bộ máy Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng thông qua việc bổ sung Phòng Quản lý thông tin và Bộ phận Kiểm toán nội bộ.
  3. Đề xuất phương án thống nhất đầu mối quản lý nhà nước và quản lý vận hành mạng lưới thoát nước toàn đô thị trung tâm về một đơn vị chuyên trách, khắc phục tình trạng phân mảnh quản lý giữa 3 công ty như trước đây.
  4. Đề xuất hoàn thiện khung chính sách giá dịch vụ thoát nước và ban hành định mức chi phí cho công tác số hóa, quản trị dữ liệu hạ tầng kỹ thuật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào phạm vi không gian 07 quận nội thành thuộc vùng đô thị trung tâm thành phố Hải Phòng; chưa mở rộng đánh giá chi tiết cho các huyện ngoại thành có tốc độ đô thị hóa nhanh (như Thủy Nguyên, An Dương).
  • Nguồn số liệu số hóa tài sản ngầm từ dự án hợp tác quốc tế bị gián đoạn trong một số thời đoạn, dẫn đến việc thử nghiệm mô hình thông tin quản lý mới dừng ở phạm vi khu vực thí điểm trước khi có thể phủ kín 100% tài sản toàn thành phố.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tiếp tục mở rộng mô hình HTTT quản lý mạng lưới thoát nước tích hợp đầy đủ công nghệ BIM và SCADA thời gian thực cho toàn bộ vùng đô thị mở rộng của Hải Phòng.
  • Nghiên cứu sâu hơn về các công thức tính toán kinh tế - kỹ thuật trong xác định định mức đơn giá vận hành và bảo trì hệ thống thông tin số hóa công trình ngầm đô thị.
  • Đánh giá khả năng chuyển giao và áp dụng khung giải pháp quản lý sang các đô thị ven biển khác tại Việt Nam có điều kiện địa hình, thủy văn tương đồng (như Quảng Ninh, Đà Nẵng, Nha Trang).

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu trong các ngành Quản lý Đô thị và Công trình, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, Cấp thoát nước; cung cấp phương pháp tiếp cận đa ngành kết hợp giữa kỹ thuật công trình, mô phỏng thủy lực Mike Couple, công nghệ GIS và tổ chức quản lý.
  • Đối với cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Xây dựng, Sở Xây dựng, UBND các tỉnh/thành phố): Cung cấp luận cứ khoa học để hoàn thiện thể chế quản lý thoát nước, định hướng xây dựng Luật Cấp thoát nước, ban hành quy chế phối hợp và lộ trình chuyển đổi từ phí thoát nước sang giá dịch vụ thoát nước.
  • Đối với các doanh nghiệp quản lý vận hành thoát nước: Cung cấp mô hình mẫu về tái cấu trúc bộ máy, phương thức tiếp nhận và làm sạch dữ liệu CAD-GIS, quy trình kiểm soát ăn mòn đường cống và xây dựng kế hoạch bảo trì tiên đoán sự cố mạng lưới.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô hạ tầng mạng lưới thoát nước đô thị trung tâm Hải Phòng được ghi nhận trong luận án gồm các số liệu cụ thể nào?

Theo số liệu thống kê tại thời điểm nghiên cứu, mạng lưới thoát nước đô thị trung tâm Hải Phòng (gồm 7 quận) có tổng chiều dài cống thoát nước khoảng 315,5 km (đường kính từ D300 đến D2000 và cống hộp); 78,06 ha hồ điều hòa; 269,78 km mương thoát nước; 42.401 hố ga các loại; 68 cống qua 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.

2. Nguyên nhân cốt lõi gây ăn mòn cống bê tông được luận án chỉ ra là gì và giải pháp kỹ thuật kiểm soát ra sao?

Nguyên nhân chính là do quá trình phân hủy yếm khí các hợp chất hữu cơ của vi khuẩn khử sulfate trong bùn cặn dưới đáy cống sinh ra khí hydrogen sulfide ($H_2S$). Khí này thoát lên vòm cống không ngập nước, bị vi khuẩn hiếu khí oxy hóa thành axit sulfuric ($H_2SO_4$) ăn mòn bê tông. Giải pháp kỹ thuật kiểm soát bao gồm: cải thiện chế độ thủy lực dòng chảy, giảm các điểm sụt dòng chảy gây xáo trộn giải phóng khí, tăng cường thông gió có kiểm soát và ứng dụng vật liệu lót polymer chống ăn mòn.

3. Mô hình cơ cấu tổ chức của Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng được đề xuất bổ sung những bộ phận nào?

Luận án đề xuất bổ sung 02 bộ phận chức năng trực thuộc ban lãnh đạo công ty:

  • Phòng Quản lý thông tin: Chịu trách nhiệm vận hành hệ thống thông tin quản lý MLTN, cập nhật và xử lý dữ liệu GIS, phân tích dự báo sự cố và ngập lụt.
  • Bộ phận Kiểm toán nội bộ: Chịu trách nhiệm kiểm soát chi phí sản xuất, giám sát chất lượng thi công, bảo trì và tuân thủ các quy trình quản lý kỹ thuật.

4. Luận án đề xuất phương án nào để sắp xếp lại các đơn vị quản lý thoát nước tại Hải Phòng?

Luận án xem xét 2 phương án và lựa chọn Phương án 2: Chuyển giao quản lý lĩnh vực thoát nước. Theo phương án này, thành phố chuyển giao toàn bộ chức năng, tài sản và nhiệm vụ quản lý, vận hành hệ thống thoát nước từ 3 công ty đang cùng quản lý phân tán trước đây về một đầu mối duy nhất là Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng để đảm bảo tính đồng bộ, xuyên suốt của toàn mạng lưới.

5. Những công cụ và phần mềm nào được đề cập trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu GIS và mô phỏng ngập lụt?

  • Xây dựng dữ liệu GIS: Sử dụng phần mềm ArcGIS 10 (công cụ Spatial Adjustment, phép biến đổi Affine), máy định vị GPS Garmin Oregon 550t kết hợp phần mềm Planning Trimble để tối ưu giá trị suy giảm độ chính xác vị trí (PDOP), phần mềm City-work.
  • Mô phỏng ngập lụt: Sử dụng bộ phần mềm Mike Couple của Viện Thủy lực Đan Mạch (bao gồm Mike 11, Mike 21, Mike 3, Mike Urban, Mike Flood, Mike-view).

Kết luận

Luận án đã giải quyết một vấn đề cấp thiết trong công tác quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị tại thành phố Hải Phòng trong bối cảnh đô thị hóa nhanh và biến đổi khí hậu ven biển. Bằng việc phối hợp các phương pháp nghiên cứu định tính, định lượng và mô hình hóa không gian, tác giả đã đề xuất một hệ thống giải pháp đồng bộ kết hợp giữa kỹ thuật công trình (khoan kích ngầm, cống ngăn triều van cong, kiểm soát ăn mòn $H_2S$), công nghệ thông tin (mô hình HTTT trên nền GIS) và đổi mới cơ cấu tổ chức quản lý (tái cấu trúc doanh nghiệp và thống nhất đầu mối quản lý nhà nước). Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn có giá trị phục vụ công tác quy hoạch, đầu tư và vận hành bền vững mạng lưới thoát nước đô thị trung tâm Hải Phòng đến năm 2030 và định hướng đến năm 2050.