Nghiên Cứu Ứng Dụng Phần Mềm ArcGIS Vào Quản Lý Mạng Lưới Cấp Nước Phú Hòa Tân

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng phần mềm ArcGIS trong quản lý mạng lưới cấp nước tại Phú Hòa Tân, hiệu quả và tiềm năng phát triển.

• Tác giả: Cao Hoàng Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đoàn Thu Hà
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ sở hạ tầng
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ArcGIS vào công tác quản lý mạng lưới cấp nước Phú Hòa Tân
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ với đề tài 'Ứng Dụng Phần Mềm ArcGIS Trong Quản Lý Mạng Lưới Cấp Nước Phú Hòa Tân' tập trung vào việc nghiên cứu và ứng dụng phần mềm ArcGIS để quản lý hiệu quả mạng lưới cấp nước tại khu vực Phú Hòa Tân, Thành phố Hồ Chí Minh. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ thực trạng quản lý mạng lưới cấp nước hiện nay còn nhiều hạn chế, đặc biệt là việc sử dụng các phương pháp thủ công như bản vẽ giấy và phần mềm AutoCAD, dẫn đến sự thiếu chính xác và khó khăn trong việc theo dõi, bảo trì hệ thống. Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng một mô hình quản lý mới dựa trên công nghệ GIS, nhằm tối ưu hóa quy trình quản lý, giảm thiểu thất thoát nước và nâng cao hiệu quả vận hành.

1.1. Tổng quan về mạng lưới cấp nước tại Phú Hòa Tân

Mạng lưới cấp nước tại Phú Hòa Tân bao gồm các tuyến ống cấp nước chính và phụ, với tổng chiều dài đáng kể. Hiện trạng quản lý mạng lưới này còn nhiều bất cập, đặc biệt là việc sử dụng các phương pháp thủ công như bản vẽ giấy và phần mềm AutoCAD, dẫn đến sự thiếu chính xác trong việc theo dõi và bảo trì hệ thống. Việc ứng dụng phần mềm ArcGIS được kỳ vọng sẽ giải quyết các vấn đề này bằng cách số hóa và tích hợp dữ liệu mạng lưới vào một hệ thống quản lý thống nhất.

1.2. Tính cấp thiết của việc ứng dụng GIS

Việc quản lý mạng lưới cấp nước hiện nay đòi hỏi sự chính xác và hiệu quả cao, đặc biệt trong bối cảnh tốc độ đô thị hóa nhanh chóng. Phần mềm ArcGIS được xem là giải pháp tối ưu để quản lý dữ liệu không gian, phân tích và mô hình hóa mạng lưới cấp nước. Nghiên cứu này nhằm mục đích xây dựng một mô hình quản lý mới, giúp giảm thiểu thất thoát nước và nâng cao hiệu quả vận hành.

II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về hệ thống thông tin địa lý (GIS) và các phương pháp ứng dụng phần mềm ArcGIS trong quản lý mạng lưới cấp nước. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm phân tích dữ liệu, mô hình hóa và mô phỏng vận hành mạng lưới. Nghiên cứu cũng sử dụng các công cụ như ArcGIS để số hóa dữ liệu và xây dựng cơ sở dữ liệu không gian, nhằm tối ưu hóa quy trình quản lý.

2.1. Khái niệm và thành phần của GIS

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ mạnh mẽ để quản lý và phân tích dữ liệu không gian. GIS bao gồm các thành phần cơ bản như phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con người. Trong nghiên cứu này, phần mềm ArcGIS được sử dụng để tích hợp và phân tích dữ liệu mạng lưới cấp nước, giúp tối ưu hóa quy trình quản lý và vận hành.

2.2. Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình hóa để xây dựng mô hình mạng lưới cấp nước trên ArcGIS. Phương pháp mô phỏng vận hành được áp dụng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp quản lý mới. Các kết quả mô phỏng sẽ giúp xác định các khu vực cần cải thiện và đề xuất các giải pháp tối ưu.

III. Ứng dụng ArcGIS trong quản lý mạng lưới cấp nước Phú Hòa Tân

Nghiên cứu đã ứng dụng phần mềm ArcGIS để xây dựng mô hình quản lý mạng lưới cấp nước tại Phú Hòa Tân. Kết quả cho thấy việc số hóa dữ liệu và tích hợp vào hệ thống GIS giúp cải thiện đáng kể hiệu quả quản lý, giảm thiểu thất thoát nước và nâng cao chất lượng dịch vụ. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp tối ưu hóa quy trình quản lý và vận hành mạng lưới.

3.1. Số hóa dữ liệu mạng lưới

Quá trình số hóa dữ liệu mạng lưới cấp nước được thực hiện bằng cách chuyển đổi các bản vẽ AutoCAD và dữ liệu giấy sang định dạng GIS. Phần mềm ArcGIS được sử dụng để tích hợp và quản lý các dữ liệu này, tạo ra một cơ sở dữ liệu thống nhất và dễ dàng truy cập.

3.2. Xây dựng hệ thống GIS

Hệ thống GIS được xây dựng dựa trên phần mềm ArcGIS, bao gồm các lớp dữ liệu về đường ống, van, đồng hồ nước và các tài sản khác trên mạng lưới. Hệ thống này cho phép quản lý và theo dõi tình trạng mạng lưới một cách hiệu quả, đồng thời hỗ trợ công tác giảm thất thoát nước và chăm sóc khách hàng.

IV. Kết quả và đánh giá

Nghiên cứu đã đạt được các kết quả quan trọng, bao gồm việc số hóa thành công dữ liệu mạng lưới cấp nước và xây dựng hệ thống GIS hiệu quả. Các kết quả này đã góp phần cải thiện đáng kể hiệu quả quản lý và vận hành mạng lưới, giảm thiểu thất thoát nước và nâng cao chất lượng dịch vụ. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp tối ưu hóa quy trình quản lý và vận hành mạng lưới trong tương lai.

4.1. Kết quả số hóa dữ liệu

Quá trình số hóa dữ liệu mạng lưới cấp nước đã được thực hiện thành công, tạo ra một cơ sở dữ liệu thống nhất và dễ dàng truy cập. Phần mềm ArcGIS đã chứng minh hiệu quả trong việc quản lý và phân tích dữ liệu không gian, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả quản lý mạng lưới.

4.2. Đánh giá hiệu quả của hệ thống GIS

Hệ thống GIS được xây dựng dựa trên phần mềm ArcGIS đã giúp quản lý và theo dõi tình trạng mạng lưới một cách hiệu quả. Các kết quả đánh giá cho thấy hệ thống này đã góp phần giảm thiểu thất thoát nước và nâng cao chất lượng dịch vụ cấp nước tại Phú Hòa Tân.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về mạng lưới cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh [8] Mạng lưới cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh là một hệ thống có quy mô lớn với tổng chiều dài khoảng 6000 km đường ống (ống có đường kính D=100 ÷2400 mm) trải rộng trên địa bàn 23 quận huyện (trừ địa bàn huyện Củ Chi) và đặt dưới sự quản lý trực tiếp của Xí nghiệp Truyền dẫn Nước sạch (quản lý, vận hành các tuyến ống truyền tải), 08 công ty Cổ phần Cấp nước và 01 Xí nghiệp Cấp nước Cần Giờ, 01 Xí nghiệp Nước Sinh hoạt Nông thôn (quản lý, vận hành, khai thác mạng lưới phân phối). Tỷ lệ nước nước thất thoát khoảng: 27% (cập nhật năm 2017, nguồn SAWACO) Tỷ lệ dân số được cấp nước: 100% (trong đó qua HTCN của SAWACO là 90%) Tổng số đấu nối khách hàng: khoảng 1. Mạng lưới cấp nước được phát triển qua nhiều giai đoạn lịch sử nên đa dạng về chủng loại đường ống (bê tông nòng thép dự ứng lực, gang dẻo, gang xám, uPVC, HDPE, thép, Xi măng Amian (AC), ….

1: Thống kê các chủng loại ống cấp nước trên mạng lưới cấp nước TP.1 Hiện trạng mạng lưới cấp nước truyền dẫn (ống cấp 1, cấp 2) Mạng truyền dẫn nước sạch (ống cấp 1, cấp 2) tại Tp. Hồ Chí Minh thuộc SAWACO do Xí nghiệp Truyền dẫn nước sạch quản lý bao gồm:  Ống cấp 1 (đường kính 600mm, 750mm, 800mm, 900mm, 1. Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 5  Ống cấp 2 (đường kính 350mm, 375mm, 400mm, 450mm, 500mm, 600mm).  Trên hệ thống mạng truyền dẫn có: van, đồng hồ tổng, tháp cắt áp, trụ chữa cháy, hệ thống quản lý chất lượng nước trên mạng.

Cụ thể như sau: - Van: có 2896 van và hầm van các loại trên mạng truyền dẫn. Các loại van bao gồm: van chận tuyến, van xả khí, van xả cặn, van giảm áp (số liệu tính đến tháng 12/2016). - Đồng hồ tổng: Hệ thống đồng hồ tổng phân vùng, tách mạng, phục vụ công tác đo đếm sản lượng là 426 cái, trong đó mua bán sỉ 308 cái (tính đến tháng 12/2016), đa dạng về chủng loại: đồng hồ cơ, đồng hồ điện từ, đồng hồ điện lưới, đồng hồ que (AquaProbe). - Tháp cắt áp: có 02 tháp cắt áp tại: 19A Điện Biên Phủ (cuối tuyến ống D2000mm từ Nhà máy nước Thủ Đức) và tháp Tham Lương (cuối tuyến ống D2000mm – D1500mm từ Nhà máy nước Tân Hiệp) để tránh hiện tượng nước va, bảo vệ an toàn cho tuyến ống truyền tải chính.

- Quản lý chất lượng nước trên mạng lưới cấp nước: có hệ thống theo dõi chất lượng nước nước trên mạng truyền dẫn. Ngoài ra, công tác ghi nhận áp lực, các chỉ tiêu áp lực nước được thực hiện thủ công và định kỳ 01 lần/tháng tại các vị trí trên mạng truyền dẫn. - Trụ chữa cháy: có 494 trụ chữa cháy trên các tuyến ống cấp 1, cấp 2 (số liệu tính đến tháng 12/2016)  Tổng chiều dài đường ống cấp 1 (với đường kính ≥600mm) là 255.175 m và ống cấp 2 (với đường kính từ 350mm-600mm) là 393. Như vậy tổng chiều dài tuyến ống cấp 1 và 2 khoảng: 648.2 Hiện trạng địa bàn quản lý của công ty cấp nước Phú Hoà Tân 1.1 Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển  Tiền thân của Công ty là Xí nghiệp Đường ống, sau đó trở thành Xí nghiệp Thi công Cấp nước từ năm 1991, trực thuộc Công ty Cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh.

Chức năng chính của Xí nghiệp là thi công lắp đặt hệ thống cấp nước, sửa chữa, bảo trì trên toàn bộ mạng lưới cấp nước của Thành phố. Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 6  Cuối năm 1999, trên cơ sở giải thể Xí nghiệp Thi công Cấp nước, Chi nhánh Cấp nước Phú Hòa Tân được thành lập từ việc tách một phần địa bàn Chi nhánh Gia Định, Chợ Lớn và chính thức đi vào hoạt động từ ngày 06/01/2000, phụ trách địa bàn Quận 10, Quận 11, và Quận Tân Bình.  Tháng 10/2005: Chi nhánh Cấp nước Phú Hòa Tân tách thành hai Chi nhánh hoạt động độc lập là Chi nhánh Cấp nước Tân Hòa và Cấp nước Phú Hòa Tân  Ngày 30/12/2005, Chi nhánh Cấp nước Phú Hòa Tân được Ủy ban Nhân dân TP. HCM phê duyệt phương án chuyển đổi thành Công ty Cổ phần Cấp nước Phú Hòa Tân theo Quyết định số 6653.2 Ngành nghề kinh doanh  Quản lý mạng lưới và Cung ứng kinh doanh nước sạch trên địa bàn được phân công là Quận 10, Quận 11, và Phường Phú Trung – Quận Tân Phú.3 Mô hình quản trị và Cơ cấu bộ máy quản lý Hình 1.

2: Sơ đồ tổ chức Công ty Cổ phần Cấp nước Phú Hòa Tân Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 7  Đại hội đồng cổ đông;  Hội đồng quản trị;  Ban Kiểm soát.  Giám đốc và 2 Phó Giám đốc phụ trách kinh doanh và kỹ thuật.  8 Phòng, Ban, Đội chuyên môn nghiệp vụ, gồm: - Phòng Tổ chức Hành chánh - Phòng Kế toán Tài chính - Phòng Kế hoạch Đầu tư - Phòng Thương vụ - Đội Quản lý đồng hồ nước - Đội Thu tiền - Phòng Kỹ thuật - Đội Thi công Tu bổ Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 8 Hình 1. 3: Mặt bằng khu vực quản lý Hình 1.

4: Số lượng Đồng hồ nước và DMA Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 9 1.2 Tổng quan mô hình quản lý hiện nay của công ty cấp nước Phú Hoà Tân 1.1 Hệ thống cấp nước và mạng lưới cung cấp [9] Hình 1. 5: Thống kê chiều dài đường ống Hình 1. 6: Bản đồ phân vùng quản lý DMA Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 10 Hình 1. 7: Mạng lưới phân vùng mạng lưới phân phối 1.2 Hiện trạng quản lý mạng lưới hiện nay Tổng số DMA được thiết lập tại Quận 10 thuộc Vùng 1 là 38 DMA.

Tuy nhiên, trong quá trình khảo sát và thiết kế thì nhận xét rằng áp lực tại quận 10 thấp (trung bình khoản 6,2 mH2O) nên đã thiết kế kết hợp 1 số các DMA lại thành DMZ. Tại Vùng 2 đã thiết lập 33 DMA để Công ty Cổ phần cấp nước Phú Hoà Tân thực hiện công tác giảm nước không doanh thu. Tổng số lượng ĐHT trên các DMA tại Công ty Cổ phần cấp nước Phú Hoà Tân có như sau: Vùng 1 2 Số lượng ĐHT 45 36 Số lượng ĐHT đang mua bán sỉ nước sạch 40 36 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 11 Số lượng ĐHT trên các DMA được thể hiện minh hoạ bởi các hình dưới đây: Hình 1. 8: Bản đồ ĐHT vùng 1 Hình 1.

9: Bản đồ ĐHT vùng 2 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 12 Hình 1. 10: Tủ tín hiệu DMA vùng 1 Hình 1. 11: Tủ tín hiệu DMA vùng 2 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 13 Hình 1. 12: Hình ảnh minh họa hầm ĐHT 1.3 Phân tích và đánh giá các mặt còn hạn chế khi chưa áp dụng ứng dụng mới Thông qua việc chia nhỏ mạng lưới rộng lớn, phức tạp thành những vùng nhỏ có đồng hồ tổng đo đếm, chúng ta có thể:  Tính được tương đối chính xác tỉ lệ thất thoát nước;  Theo dõi và ưu tiên giảm rò rỉ;  Áp dụng đóng van từng bước để xác định khu vực của mạng lưới bị rò rỉ;  Có thể theo dõi mức độ thành công của công tác giảm rò rỉ;  Quản lý áp lực nước để đáp ứng yêu cầu khách hàng;  Xác định các khu vực quản lý nguồn vốn hiệu quả và tiết kiệm nhất;  Phân chia quyền sở hữu và tính tự giác cho các nhóm caretaker chịu trách nhiệm quản lý và vận hành mạng lưới.

Tuy nhiên, để phục vụ được các vấn đề trên thì công tác theo dõi quản lý dữ liệu về lưu lượng và áp lực đòi hỏi phải được cập nhật, liên tục và chính xác. Vì vậy, việc phân chia Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 14 mạng lưới thành các DMA nhỏ, trên mỗi DMA được lắp đặt đồng hồ tổng bằng điện từ để thực hiện các mục đích trên là rất cần thiết. Nhưng để thực hiện quản lý các dữ liệu để phục vụ cho nhu cầu quản lý mạng lưới, thông tin khách hàng thì cần phải có một phần mềm quản lý các dữ liệu trên và có thể đưa các con số thống kê để xử lý một cách có hiệu quả thì cần phải ứng dụng phần mềm ArcGIS vào để xử lý. Tổng quan về phần mềm ArcGIS[5] ArcGIS là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập/nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp.

Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi công nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: ứng dụng máy trạm (ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD, Collector for ArcGIS, Survey123 for ArcGIS). và có khả năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau. Minh họa: Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS ArcGIS Desktop bao gồm những công cụ rất mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thông tin và xuất bản tạo nên một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh, cho phép: Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lớp: 24CTN11 – CS2 15  Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính), cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu lấy từ Internet;  Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau;  Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính;  Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên nghiệp. ArcGIS Destop là một bộ phần mềm ứng dụng gồm: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ModelBuilder, ArcScene và ArcGlobe.

Khi sử dụng các ứng dụng này đồng thời, người sử dụng có thể thực hiện được các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa và biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu, chia sẻ dữ liệu GIS.