Giới thiệu dự án

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại vùng kinh tế trọng điểm phía Nam đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc hiện đại hóa và đồng bộ hạ tầng kỹ thuật đô thị. Thành phố Biên Hòa (tỉnh Đồng Nai) – đô thị loại I trực thuộc tỉnh, giữ vai trò đầu mối giao thương công nghiệp và dịch vụ chiến lược giáp ranh Thành phố Hồ Chí Minh. Trong đồ án điều chỉnh quy hoạch chung đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2035, phường Thống Nhất với quy mô diện tích 160 ha được định vị trở thành trung tâm hành chính, thương mại và văn hóa mới của thành phố.

                      SƠ ĐỒ TỔNG THỂ CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ
+----------------------+        12.6 km          +----------------------+
|  NMN Thiện Tân       | ======================> | Trạm Bơm Tăng Áp     |
|  (Q = 300.000 m3/ng) |  Tuyến truyền tải D600  | & Bể Chứa 3.400 m3   |
+----------------------+                         +----------------------+
                                                            ||
                                                            \/
                                                 +----------------------+
                                                 | Đài Nước 2.895 m3    |
                                                 | (D=18m, H=9m)        |
                                                 +----------------------+
                                                            ||
                                                            \/
                                                 +----------------------+
                                                 | Mạng Lưới Vòng       |
                                                 | Phân Phối 1/2000     |
                                                 | (11 vòng, 20 nút)    |
                                                 +----------------------+

Vấn đề thực tiễn (Problem Statement)

Hạ tầng cấp thoát nước hiện hữu tại phường Thống Nhất đối mặt với các nút thắt nghiêm trọng:

  • Hạ tầng cấp nước manh mún: Khu vực chỉ được cấp nước qua một tuyến ống gang duy nhất đường kính $D100\text{ mm}$ chạy dọc Quốc lộ 15, phục vụ một phần nhỏ dân cư mặt tiền. Khoảng 70% hộ dân tại các khu dân cư tự phát ven sông Cái và ngõ hẻm phải khai thác nước ngầm tầng nông thông qua giếng khoan tự phát, tiềm ẩn nguy cơ nhiễm vi sinh và kim loại nặng.
  • Hệ thống thoát nước chung quá tải: Tuyến cống bê tông cốt thép $D1000\text{ mm}$ dọc Quốc lộ 15 thu gom chung cả nước mưa lẫn nước thải sinh hoạt. Nước thải chưa qua xử lý xả trực tiếp ra rạch Suối Lớn và sông Đồng Nai, gây ô nhiễm cục bộ nguồn nước mặt.
  • Địa hình chia cắt phức tạp: Cao độ tự nhiên biến thiên lớn từ $+1,40\text{ m}$ đến $+10,50\text{ m}$, độ dốc đổ dồn về phía sông Cái tạo chênh lệch áp lực thủy lực lớn, dễ gây ra hiện tượng áp lực âm tại các điểm cao và ngập úng cục bộ tại các vùng trũng thấp.

Mục tiêu dự án

  1. Xác định chính xác quy mô dân số ($87.500$ người vào năm 2035) và nhu cầu tiêu thụ nước theo các phân khu chức năng (sinh hoạt, hành chính, thương mại, giáo dục, công cộng, chữa cháy).
  2. Thiết kế hoàn chỉnh mạng lưới cấp nước vòng tỷ lệ 1/2000 lấy nguồn từ Nhà máy nước Thiện Tân (công suất $300.000\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$), tính toán thủy lực cho hai kịch bản: giờ dùng nước lớn nhất không cháy và có cháy đồng thời.
  3. Thiết kế hệ thống mạng lưới thoát nước thải riêng tỷ lệ 1/2000, tính toán lưu lượng, độ dốc thủy lực, độ đầy cống và cao độ trắc dọc đáy cống.
  4. Triển khai thiết kế chi tiết tỷ lệ 1/500 cho phân khu trung tâm: bố trí trắc dọc kỹ thuật, hố van chặn, van xả khí, van xả cặn, trụ cứu hỏa, đồng hồ đo lưu lượng phân vùng DMA (District Metered Area).
  5. Lập bảng tổng hợp khối lượng vật tư, thiết bị và đề xuất giải pháp kỹ thuật thi công đảm bảo an toàn vận hành.

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

  • Phạm vi không gian: Toàn bộ ranh giới hành chính quy hoạch 160 ha phường Thống Nhất, TP. Biên Hòa (Bắc giáp QL1 và QL51, Tây giáp phường Quyết Thắng, Nam giáp sông Đồng Nai, Đông giáp phường Tân Mai).
  • Phạm vi kỹ thuật: Tính toán từ điểm đấu nối cấp nước nguồn và trạm bơm tăng áp cục bộ đến mạng lưới cấp nước phân phối 1/2000 và mạng lưới dịch vụ 1/500; thu gom nước thải sinh hoạt đưa về trạm xử lý nước thải tập trung đô thị.
  • Giới hạn quy chuẩn: Tuân thủ TCVN 33:2006, TCVN 7957:2008, QCXDVN 01:2008, TCVN 2622:1995.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí Hệ thống hiện trạng (Năm 2019) Giải pháp thiết kế mới (Đến 2035)
Công nghệ mạng lưới cấp nước Mạng lưới cụt, ống gang xám $D100\text{ mm}$ dọc QL15 Mạng lưới hỗn hợp dạng vòng khép kín (11 vòng, 20 nút), ống HDPE PN10-PN16
Tỷ lệ bao phủ cấp nước Đạt $\approx 30%$, phần còn lại dùng giếng khoan Đạt $100%$ dân số đô thị ($87.500$ người)
Hệ thống thoát nước Thoát nước chung (nước mưa lẫn nước thải) qua cống BTCT $D1000$ Hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn, cống HDPE gân xoắn đôi chịu lực
Độ an toàn chữa cháy Hầu như không có trụ cứu hỏa đạt chuẩn Bố trí trụ cứu hỏa $D \ge 100\text{ mm}$, bán kính phục vụ $R \le 150\text{ m}$
Quản lý thất thoát (NRW) Thất thoát ước tính $> 28%$, không có DMA Khống chế thất thoát $\le 15%$, tích hợp đồng hồ tổng phân vùng DMA

Phân loại yêu cầu thiết kế theo mô hình MoSCoW

  • Must have (Bắt buộc): Cung cấp lưu lượng cấp nước $Q_{\text{ML}} = 24.954,3\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$; cấp nước chữa cháy $Q_{\text{CC}} = 648\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$ (2 đám cháy đồng thời $q_{\text{cc}} = 30\text{ l/s}$ trong 3 giờ); áp lực tự do tối thiểu tại vòi lấy nước điểm bất lợi nhất $H_{\text{td}} \ge 10\text{ mH}_2\text{O}$.
  • Should have (Nên có): Bể chứa điều hòa $W_{\text{bc}} = 3.400\text{ m}^3$, đài nước điều hòa $W_đ = 2.895,76\text{ m}^3$ ($D=18\text{ m}, H=9\text{ m}$), phân chia 2 bậc vận hành trạm bơm tăng áp.
  • Could have (Có thể mở rộng): Tích hợp cảm biến áp lực SCADA và van giảm áp tự động (PRV) tại các nút có cao độ thấp ven sông Cái.
  • Won't have (Không áp dụng): Không sử dụng nguồn nước cấp trực tiếp từ mạng lưới cho tưới cây và rửa đường; tận dụng triệt để nguồn nước mặt tự nhiên từ rạch Suối Lớn và sông Đồng Nai.

Thiết kế hệ thống

                                 CƠ CHẾ ĐIỀU HÒA THỦY LỰC
+--------------------+        Bơm Cấp II (2 Bậc)        +--------------------+
| Bể Chứa Nước Sạch  | -------------------------------> | Đài Nước Cắt Đỉnh  |
| V = 3.400 m3       |   Bậc 1 (22h-5h): 1 bơm (2.66%)  | V = 2.895,76 m3    |
| (2 bể 17x17x6 m)   |   Bậc 2 (5h-22h): 2 bơm (5.32%)  | (D=18m, H=9m)      |
+--------------------+                                  +--------------------+
         ||                                                        ||
         +=======================> [ MẠNG LƯỚI ] <=================+
                               (Qh.max = 435.9 l/s)

Công thức tính toán thủy lực cấp nước

Lưu lượng cấp nước sinh hoạt trung bình: $$Q_{\text{SH}}^{\text{TB}} = \frac{q \cdot N \cdot f}{1000} = \frac{200 \cdot 87.500 \cdot 100%}{1000} = 17.500\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$$

Với hệ số không điều hòa ngày $K_{\text{ngay.max}} = 1,15$, lưu lượng sinh hoạt ngày lớn nhất: $$Q_{\text{SH}}^{\text{ngay.max}} = 17.500 \times 1,15 = 20.125\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$$

Lưu lượng đơn vị dọc đường ($q_{\text{đvdđ}}$) trên mạng lưới cấp nước: $$q_{\text{đvdđ}} = \frac{Q_{\text{dd}}}{\sum L_{\text{tt}}} = \frac{Q_{\text{vào}} - Q_{\text{ra}}}{\sum L_{\text{tt}}} = \frac{428,16 - 18,76}{8.540} = 0,049\text{ (l/s.m)}$$

Trong đó:

  • $\sum L_{\text{tt}} = \sum (L_t \times a) = 8.540\text{ m}$ (với $a = 1,0$ cho tuyến ống cấp nước 2 bên dân cư; $a = 0,5$ cho tuyến giáp công viên/công trình công cộng).
  • Tổn thất áp lực dọc đường trên từng đoạn ống tính theo công thức Darcy-Weisbach hoặc Hazen-Williams: $h_d = i \times L = 10,67 \cdot C^{-1,852} \cdot D^{-4,87} \cdot Q^{1,852} \cdot L$.

Thiết kế điều hòa dung tích công trình

  • Bể chứa nước sạch: $W_{\text{bc}} = W_{\text{đh}} + W_{\text{cc}} = (10,57% \times 24.954,3) + (10,8 \times 2 \times 30) = 2.637,7 + 648 = 3.285,7\text{ m}^3 \rightarrow$ Thiết kế 2 đơn nguyên bể chứa kích thước $17\text{ m} \times 17\text{ m} \times 6\text{ m}$ (Tổng dung tích xây dựng: $3.400\text{ m}^3$).
  • Đài nước: $W_đ = W_{\text{đh}} + W_{\text{cc}}^{10'} = (11,46% \times 24.954,3) + (0,6 \times 2 \times 30) = 2.859,76 + 36 = 2.895,76\text{ m}^3 \rightarrow$ Đài trụ tròn $D = 18\text{ m}$, chiều cao phần chứa nước $H = 9\text{ m}$.

Methodology

Quy trình thiết kế triển khai theo mô hình V-Model kỹ thuật hạ tầng với các mốc kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt:

    [Thu thập dữ liệu địa hình 1/2000] -----------> [Nghiệm thu bản vẽ hoàn công 1/500]
           |                                                      ^
           v                                                      |
    [Tính toán nhu cầu dùng nước Q_ML] -------> [Kiểm tra áp lực hiện trường P >= 1.5 P_lv]
           |                                                      ^
           v                                                      |
    [Mô hình hóa thủy lực EPANET 2.0] --------> [Tối ưu hóa khối lượng vật tư HDPE]
           |                                                      ^
           +-------------------- [Vạch tuyến 11 vòng] -----------+
  • Giai đoạn 1 (Tháng 3/2019): Thu thập số liệu khí tượng thủy văn, cao độ san nền từ $+1,40\text{ m}$ đến $+10,50\text{ m}$, định hướng quy hoạch mạng lưới giao thông đường Võ Thị Sáu nối dài (lộ giới $9 - 11\text{ m}$).
  • Giai đoạn 2 (Tháng 4/2019 – Tháng 5/2019): So sánh phương án vạch tuyến cấp nước 1/2000, tính toán cân bằng thủy lực bằng phương pháp lặp Hardy-Cross giải trên bảng tính điện tử kết hợp mô phỏng EPANET 2.0.
  • Giai đoạn 3 (Tháng 6/2019 – Tháng 7/2019): Thiết kế mạng lưới thoát nước thải riêng, xác định lưu vực thoát nước, tính toán độ dốc tối thiểu $i_{\min} = 1/D$, độ đầy tính toán $h/D \le 0,6 - 0,8$. Triển khai chi tiết 1/500 và trắc dọc kỹ thuật.

Implementation và kết quả

Development process

Thuật toán tính toán phân phối lưu lượng và cân bằng nút thủy lực

Đồ án sử dụng nguyên lý giải hệ phương trình bảo toàn lưu lượng tại nút và bảo toàn năng lượng trong vòng kín (Hardy-Cross Algorithm):

import numpy as np

def calculate_hardy_cross(loops, pipes, max_iter=100, tol=1e-4):
    """
    Thuật toán hiệu chỉnh lưu lượng vòng lặp Hardy-Cross
    loops: Danh sách các vòng chứa mã đoạn ống và chiều quy ước (+1/-1)
    pipes: Dict chứa {pipe_id: {'resistance': R, 'flow': Q}}
    """
    for iteration in range(max_iter):
        max_delta = 0.0
        for loop_idx, loop in enumerate(loops):
            sum_h = 0.0      # Tổng tổn thất áp lực trong vòng: \sum (r * Q * |Q|)
            sum_2rq = 0.0    # Đạo hàm tổn thất: \sum (2 * r * |Q|)
            
            for pipe_id, direction in loop:
                pipe = pipes[pipe_id]
                r = pipe['resistance']
                q = pipe['flow']
                h = direction * r * q * abs(q)
                sum_h += h
                sum_2rq += 2 * r * abs(q)
                
            delta_q = -sum_h / sum_2rq if sum_2rq != 0 else 0
            max_delta = max(max_delta, abs(delta_q))
            
            # Cập nhật lưu lượng các đoạn ống trong vòng
            for pipe_id, direction in loop:
                pipes[pipe_id]['flow'] += direction * delta_q
                
        if max_delta < tol:
            print(f"Hội tụ thủy lực sau {iteration + 1} vòng lặp. Sai số lớn nhất: {max_delta:.6f}")
            break
    return pipes

Quy chuẩn công nghệ vật tư

  • Đường ống cấp nước: Ống nhựa HDPE PE100 (tiêu chuẩn ISO 4427:2007) đường kính $\Phi 100, \Phi 150, \Phi 200, \Phi 300, \Phi 350, \Phi 400, \Phi 450, \Phi 500, \Phi 600\text{ mm}$. Các đoạn ống qua cầu hoặc chịu tải động lớn sử dụng ống gang cầu tráng xi măng.
  • Phụ kiện tuyến ống: Van cổng hai chiều ty chìm nắp chụp, van bướm tay gạt/tay quay mặt bích, van xả khí tự động đôi gang mặt bích $D50 - D80\text{ mm}$, van xả cặn $D100\text{ mm}$ đặt tại các điểm trũng thấp, tê thập cút góc $90^\circ$ gang cầu đúc liền khối.
  • Cống thoát nước thải: Ống nhựa HDPE gân xoắn đôi chịu tải lực cao, liên kết bằng mối hàn nhiệt hoặc măng sông co nhiệt, kết hợp hố ga bê tông đúc sẵn định hình $1000\text{ mm} \times 1000\text{ mm}$.

Testing và validation

Kiểm tra thủy lực hai kịch bản phụ tải đỉnh

  1. Kịch bản 1: Giờ dùng nước lớn nhất không có cháy ($18\text{h} - 19\text{h}$)
    • Lưu lượng giờ đỉnh: $Q_{\text{h.max}} = 6,3% \times Q_{\text{ML}} = 1.569,3\text{ m}^3/\text{h} = 435,9\text{ l/s}$.
    • Vận tốc dòng chảy kinh tế: $v_{\text{kt}} = 0,7 - 1,5\text{ m/s}$.
    • Kết quả: Vận tốc các tuyến ống chính $D300 - D600$ đạt từ $0,82\text{ m/s}$ đến $1,34\text{ m/s}$; tổn thất áp lực trên $1\text{ km}$ đường ống đạt $i = 1,8 - 4,2\text{ m/km}$. Áp lực tại tất cả các nút dao động từ $14,2\text{ mH}_2\text{O}$ đến $28,6\text{ mH}2\text{O}$ (đáp ứng $H{\text{td}} \ge 10\text{ mH}_2\text{O}$).
  2. Kịch bản 2: Giờ dùng nước lớn nhất có 2 đám cháy đồng thời
    • Lưu lượng chữa cháy bổ sung: $2 \times 30\text{ l/s} = 60\text{ l/s}$.
    • Tổng lưu lượng phân phối: $Q_{\text{tổng}} = 435,9 + 60 = 495,9\text{ l/s}$.
    • Vận tốc cực đại cho phép khi cháy: $v_{\text{cháy}} \le 2,5\text{ m/s}$.
    • Kết quả: Vận tốc lớn nhất trên trục chính $D600$ đạt $1,75\text{ m/s} \le 2,5\text{ m/s}$; áp lực tự do tại họng cứu hỏa bất lợi nhất đạt $10,4\text{ mH}_2\text{O} \ge 10\text{ mH}_2\text{O}$ theo TCVN 2622:1995.

Kết quả đạt được

  • Hoàn thành 100% hồ sơ thiết kế kỹ thuật mạng lưới cấp thoát nước tỷ lệ 1/2000 và bản vẽ chi tiết 1/500 cho phân khu đô thị 160 ha.
  • Thiết lập cấu hình trắc dọc kỹ thuật mạng lưới thoát nước thải với tổng số 53 đoạn cống nhánh và cống chính, kiểm soát cao độ đặt cống sâu tối thiểu $h_{\text{chôn}} \ge 0,7\text{ m}$ dưới vỉa hè và $\ge 1,0\text{ m}$ dưới lòng đường.

Đổi mới và đóng góp

So sánh kỹ thuật giữa hai phương án thiết kế mạng lưới cấp nước

   [Phương Án 1: 11 Vòng - ĐƯỢC CHỌN]           [Phương Án 2: 8 Vòng - LOẠI]
         +----+----+----+                             +--------+--------+
         | 1  | 2  | 3  |                             |   1    |   2    |
         +----+----+----+                             +--------+--------+
         | 4  | 5  | 6  |                             |   3    |   4    |
         +----+----+----+                             +--------+--------+
         | 7  | 8  | 9  |                             |   5    |   6    |
         +----+----+----+                             +--------+--------+
   -> Chiều dài: 11.075 m                       -> Chiều dài: 10.056 m
   -> Độ tin cậy cấp nước: CAO                  -> Độ tin cậy cấp nước: TRUNG BÌNH
   -> Cô lập khi sự cố: CỤC BỘ                  -> Cô lập khi sự cố: DIỆN RỘNG
Tiêu chí so sánh Phương án 1 (11 vòng, 20 nút) - ĐƯỢC CHỌN Phương án 2 (8 vòng, 15 nút)
Tổng chiều dài mạng lưới $11.075\text{ m}$ $10.056\text{ m}$
Độ linh hoạt & an toàn cấp nước Rất cao: Khi 1 đoạn ống gặp sự cố, việc đóng van chỉ ảnh hưởng phạm vi hẹp; nước tự động đổi chiều vòng qua nhánh khác Thấp: Khoảng cách giữa các nút lớn, khi đóng van sửa chữa sẽ gây cô lập mất nước cả phân khu lớn
Chế độ thủy lực & tổn thất áp lực Phân bố tải đều, tổn thất áp lực nhỏ ($h_w$ thấp), vận tốc dòng ổn định Tổn thất áp lực cục bộ cao tại các trục nhánh, vận tốc dao động thất thường
Chi phí đầu tư ban đầu Cao hơn khoảng $10,1%$ do tổng chiều dài ống lớn hơn Thấp hơn khoảng $10,1%$ do giảm chiều dài ống
Đánh giá tổng hợp Tối ưu kỹ thuật - kinh tế dài hạn, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho đô thị loại I Tiết kiệm ban đầu nhưng rủi ro gián đoạn dịch vụ cao

Đóng góp kỹ thuật nổi bật

  1. Tối ưu hóa chế độ làm việc trạm bơm 2 bậc kết hợp đài nước: Giảm tiêu hao năng lượng điện của trạm bơm trong giờ thấp điểm đêm ($22\text{h} - 5\text{h}$, chạy 1 bơm công suất $2,66% Q_{\text{ngđ}}$) và huy động 2 bơm chạy song song trong giờ cao điểm ($5\text{h} - 22\text{h}$, công suất $5,32% Q_{\text{ngđ}}$ với hệ số suy giảm lưu lượng $\alpha = 0,9$). Giải pháp giúp tiết kiệm ước tính $18,5%$ chi phí điện năng bơm cấp nước so với phương án bơm liên tục không điều hòa.
  2. Giải pháp phân chia lưu vực thoát nước tách riêng: Tách toàn bộ nước thải sinh hoạt đưa về tuyến thu gom riêng, bảo vệ trọn vẹn chất lượng nguồn nước sông Đồng Nai – nguồn cung cấp nước sinh hoạt chính cho hàng triệu cư dân vùng kinh tế trọng điểm phía Nam.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kế hoạch và quy trình thi công lắp đặt

  1. Công tác định vị và đào hào kỹ thuật: Đào rãnh đặt ống trên vỉa hè theo đúng cao trình trắc dọc thiết kế; đáy mương rải lớp cát đệm dày $100 - 150\text{ mm}$, đầm chặt đạt độ chặt $K \ge 0,95$.
  2. Công tác hàn và lắp đặt ống HDPE: Sử dụng phương pháp hàn nhiệt đối đầu (Butt Fusion) đối với ống $D \ge 110\text{ mm}$ và hàn điện trở (Electrofusion) tại các vị trí đầu mối phức tạp, đảm bảo độ kín khít tuyệt đối.
  3. Thử áp lực tuyến ống: Thử áp lực thủy tĩnh từng đoạn trước khi lấp đất với áp suất thử $P_{\text{thử}} = 1,5 \times P_{\text{làm việc}} = 1,5 \times 6\text{ bar} = 9\text{ bar}$ duy trì trong 2 giờ, độ sụt áp không vượt quá $0,2\text{ bar}$.
  4. Khử trùng đường ống: Ngâm khử trùng tuyến ống mới bằng dung dịch Clo hoạt tính nồng độ $20 - 30\text{ mg/l}$ trong thời gian tối thiểu 24 giờ, sau đó xả sạch bằng nước sinh hoạt đến khi hàm lượng Clo dư đạt chuẩn $\le 0,5\text{ mg/l}$.
                 MẶT CẮT HÀO KỸ THUẬT VỈA HÈ
+--------------------------------------------------------+
| Vỉa hè hoàn thiện (Gạch Terrazzo)                      |
+--------------------------------------------------------+
| Lớp đất đắp hoàn trả (K >= 0.95)                       |
|   +------------------------------------------------+   |
|   | Băng cảnh báo cáp / ống nước màu xanh lá       |   |
|   +------------------------------------------------+   |
|                                                        |
|   +-------------------+        +-------------------+   |
|   | ỐNG CẤP NƯỚC      |        | CỐNG THOÁT NƯỚC   |   |
|   | HDPE D100-D600    |        | HDPE D300-D800    |   |
|   +-------------------+        +-------------------+   |
| Lớp cát đệm đáy rãnh dày 150 mm                        |
+--------------------------------------------------------+

Hiệu quả kinh tế - xã hội

  • Đảm bảo cung cấp nước sạch đạt chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT cho $87.500$ người dân đô thị đến năm 2035.
  • Loại bỏ triệt để các nguồn xả thải ô nhiễm chưa qua xử lý vào lưu vực sông Đồng Nai, giảm thiểu nguy cơ bùng phát dịch bệnh truyền nhiễm qua đường nước.
  • Gia tăng giá trị bất động sản và sức hút đầu tư thương mại, dịch vụ cho phường Thống Nhất khi hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật đồng bộ ngầm hóa.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Tính toán thủy lực mạng lưới hiện tại dựa trên phương pháp giải tích phân bố lưu lượng tĩnh theo giờ đỉnh, chưa tích hợp mô phỏng động học chất lượng nước (Water Quality EPANET Run) theo chuỗi thời gian liên tục (Extended Period Simulation).
  • Chưa trang bị hệ thống thu thập dữ liệu tự động SCADA/IoT thời gian thực để tự động điều khiển van giảm áp theo biến động áp suất thực tế tại hiện trường.

Hướng phát triển và nâng cấp

  • Xây dựng mô hình số bản sao (Digital Twin) mạng lưới cấp thoát nước trên nền tảng GIS kết hợp WaterGEMS/EPANET để tự động cảnh báo rò rỉ và tối ưu hóa vận hành máy bơm theo biểu giá điện giờ cao điểm/thấp điểm.
  • Ứng dụng cảm biến áp lực và đồng hồ thông minh siêu âm truyền dữ liệu không dây (LoRaWAN/NB-IoT) đến trung tâm điều hành cấp nước TP. Biên Hòa.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Môi trường/Cấp thoát nước: Tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp tính toán thủy lực mạng lưới vòng, phân bố lưu lượng nút, tính dung tích công trình điều hòa và quy trình triển khai bản vẽ trắc dọc 1/500 theo TCVN 33:2006.
  • Kỹ sư thiết kế hạ tầng kỹ thuật đô thị: Cung cấp bộ thông số thực nghiệm, thuật toán cân bằng thủy lực, và bảng phân chia chế độ vận hành trạm bơm cấp II phù hợp với các đô thị loại I, loại II tại miền Nam.
  • Chính quyền địa phương & Công ty Cấp thoát nước: Cơ sở dữ liệu khoa học và phương án khả thi để phê duyệt dự án đầu tư xây dựng, nâng cấp hệ thống hạ tầng ngầm đồng bộ cho phường Thống Nhất.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật và vật liệu đối với tuyến ống cấp nước qua cầu hoặc địa hình hiểm trở là gì?

Các đoạn ống đi qua cầu, đường sắt hoặc vùng đất yếu ven sông Cái phải chuyển đổi từ ống nhựa HDPE sang ống gang cầu tráng xi măng (Ductile Iron Pipe) tiêu chuẩn ISO 2531, có mối nối mềm chống rung chấn và đặt trong lồng ống thép bảo vệ có gối đỡ bê tông cốt thép chịu lực.

2. Vì sao phương án mạng lưới cấp nước 11 vòng (Phương án 1) được lựa chọn dù tổng chiều dài ống lớn hơn Phương án 2?

Mạng lưới 11 vòng cung cấp độ tin cậy thủy lực vượt trội (Reliability Index cao). Khi xảy ra sự cố vỡ ống hoặc bảo dưỡng định kỳ tại một phân đoạn, hệ thống van khóa cho phép cô lập riêng đoạn đó mà không làm gián đoạn việc cấp nước cho các phân khu lân cận nhờ dòng nước luân chuyển đa hướng.

3. Giải pháp nào được áp dụng để kiểm soát hiện tượng áp lực nước quá cao tại vùng trũng thấp ven sông?

Tại các khu vực có cao độ thấp ($+1,40\text{ m}$ đến $+3,50\text{ m}$) ven sông Đồng Nai, giải pháp thiết kế bố trí các van giảm áp tự động (Pressure Reducing Valves - PRV) nhằm khống chế áp lực tĩnh không vượt quá $40\text{ mH}_2\text{O}$, ngăn ngừa nguy cơ bục vỡ ống và giảm thiểu thất thoát nước vật lý.

4. Hệ thống cấp nước đáp ứng yêu cầu chữa cháy đô thị như thế nào?

Mạng lưới bố trí các trụ cứu hỏa ngầm và nổi đường kính $D \ge 100\text{ mm}$ dọc theo các tuyến đường giao thông chính với khoảng cách $\le 150\text{ m}$. Dung tích đài nước và bể chứa nước sạch luôn dự trữ lượng nước chữa cháy tối thiểu cho 2 đám cháy đồng thời trong 3 giờ ($648\text{ m}^3$), đảm bảo áp lực tại họng cứu hỏa luôn $\ge 10\text{ mH}_2\text{O}$ ngay cả trong giờ dùng nước cao điểm.

5. Chi phí đầu tư và thời gian thu hồi vốn của dự án được tối ưu bằng cách nào?

Dự án tối ưu hóa chi phí bằng cách sử dụng vật liệu HDPE tuổi thọ cao ($> 50$ năm), thiết kế trạm bơm 2 bậc giảm tiêu hao điện năng, phân vùng quản lý DMA giảm tỷ lệ thất thoát nước từ $> 28%$ xuống $< 15%$, qua đó gia tăng doanh thu bán nước sạch và giảm thiểu chi phí sửa chữa vận hành hàng năm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế mạng lưới cấp thoát nước cho phường Thống Nhất, TP. Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai đến năm 2035" đã giải quyết triệt để bài toán quy hoạch hạ tầng ngầm cho đô thị trung tâm 160 ha với quy mô $87.500$ dân. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa tính toán thủy lực giải tích theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành (TCVN 33:2006, TCVN 7957:2008) và giải pháp thiết kế mạng lưới vòng đa cấp, đồ án mang lại phương án kỹ thuật tối ưu, đảm bảo cấp nước liên tục, an toàn, áp lực ổn định và bảo vệ bền vững môi trường lưu vực sông Đồng Nai. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao cho công tác quy hoạch, thiết kế và thi công hạ tầng kỹ thuật tại các đô thị đang trên đà hiện đại hóa.