LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình tơi tự nghiên cứu thực Các số liệu, kết luận văn lấy dựa nguồn tài liệu xác, đáng tin cậy chưa công bố cơng trình khác Nếu có vấn đề liên quan đến tính trung thực luận văn tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày ….tháng… năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Duy Dũng i LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, Công ty Nước Sạch Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành chương trình cao học luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn khoa học – GS.TS Dƣơng Thanh Lƣợng tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực hồn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn toàn thể giáo sư, tiến sỹ tồn thể thầy giáo khoa trường truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian học tập làm luận văn tốt nghiệp trường Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân bạn bè, đồng nghiệp động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Hà Nội ngày… tháng… năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Duy Dũng ii MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng ph p nghiên cứu, công cụ s dụng Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan cấp nước an toàn 1.1.1 Một số khái niệm cấp nước an toàn 1.1.2 Triển khai cấp nước an toàn Việt Nam 1.1.3 Kết luận 1.2 Các dự án nghiên cứu cấp nước an toàn Việt Nam 1.2.1 Dự án Kế hoạch cấp nước an toàn UNICEF hỗ trợ 1.2.2 Kế hoạch cấp nước an toàn giai đoạn 1.2.3 Cấp nước an tồn ứng dụng khoa học cơng nghệ đại 1.2.4 Dự án cấp nước an tồn vùng đồng sơng Cửu Long vay vốn Ngân hàng Thế giới (WB) Đã Thủ tướng phủ phê duyệt danh mục 10 1.2.5 Cấp nước an tồn cộng đồng ASEAN 11 1.2.6 Tại Hà Nội 11 1.3 Tổng quan trạng cấp nước thành phố Hà Nội 12 1.3.1 Hệ thống cấp nước đô thị trung tâm 12 1.3.2 Hệ thống cấp nước VINACONEX 19 1.3.3 Hệ thống cấp nước đô thị Tây Nam Trung tâm Hà Nội (Viwaco quản lý) 20 1.3.4 Hệ thống cấp nước thị xã Sơn Tây 21 1.3.5 Hệ thống cấp nước Hà Đông 23 1.4 Quy hoạch cấp nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 25 1.4.1 Dự báo nhu cầu sử dụng nước 25 1.4.2 Nguồn nước 25 1.4.3 Các nhà máy nước 26 1.4.4 Công nghệ xử lý nước 28 1.4.5 Mạng lưới đường ống cấp nước 28 1.4.6 Trạm bơm tăng áp 29 iii 1.4.7 Các dự án ưu tiên thực 30 1.5 Kết luận chương 31 1.5.1 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 31 1.5.2 Định hướng nghiên cứu 32 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỰ LIỆU 33 2.1 Chọn công cụ mô sở lý thuyết 33 2.1.1 Một số mô hình mơ hệ thống cấp nước 33 2.1.2 Giới thiệu phần mềm EPANET 36 2.1.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình Epanet 39 2.2 Cơ sở liệu lập sơ đồ 66 2.2.1 Khái quát nhu cầu sử dụng nước 66 2.2.2 Khái quát phát triển dân số công nghiệp 67 2.2.3 Dự báo nhu cầu sử dụng nước 68 2.3 Tính tốn số liệu đầu vào 71 2.3.1 Xác định chiều dài tính tốn 71 2.3.2 Tính tốn qđv cho khu vực 72 2.3.3 Quy lưu lượng Nút (sinh hoạt, công nghiệp), tổng hợp lưu lượng Nút 74 2.4 Lập sơ đồ, nhập số liệu đầu vào cho Epanet 74 2.4.1 Lập sơ đồ 74 2.4.2 Số liệu Ống 80 2.4.3 Số liệu Nút 81 2.4.4 Số liệu Bơm 82 2.4.5 Số liệu Bể chứa 85 2.4.6 Số liệu Tank 86 2.4.7 Số liệu Van 87 2.4.8 Số liệu Patterns 88 Chƣơng ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẤP NƢỚC AN TOÀN 90 3.1 Giải pháp phối hợp nguồn cấp để cấp nước an toàn 90 3.1.1 Phương án 1: Mô lại hệ thống cấp nước theo Quy hoạch năm 2030 90 3.1.2 Phương án 2: Mô lại hệ thống cấp nước Hà Nội theo hướng nghiên cứu 95 3.1.3 So sánh phương án với phương án 103 3.2 Giải pháp vận hành mạng lưới cấp nước an toàn cho trường hợp cụ thể 104 3.2.1 Các trường hợp rủi ro 104 iv 3.2.2 Biện pháp vận hành cấp nước an toàn cho trường hợp rủi ro cụ thể 104 3.3 Giải pháp an toàn đường ống 108 3.3.1 Dự trữ cấu trúc 108 3.3.2 Dự trữ tạm thời 108 3.3.3 Dự trữ chức 109 3.4 Kết luận chương 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 PHỤ LỤC 115 v DANH MỤC HÌNH Hình 1 Hiện trạng hệ thống cấp nước khu đô thị trung tâm 18 Hình Hiện trạng hệ thống cấp nước tây nam trung tâm Hà Nội 20 Hình Hiện trạng cấp nước quận Hà Đông 24 Hình Quy hoạch cấp nước thủ hà nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 31 Hình Các thành phần vật lý hệ thống phân phối nước 40 Hình 2 Sơ đồ mạng lưới dùng van giảm áp PRV 49 Hình Sơ đồ mạng lưới dùng van giữ áp PSV 50 Hình Ví dụ đường cong máy bơm 53 Hình Đường cong bơm điểm 53 Hình Đường cong bơm điểm 53 Hình Đường cong bơm nhiều điểm 54 Hình Đường cong hiệu suất máy bơm 54 Hình Đường cong hiệu suất máy bơm 55 Hình 10 Các mơ hình pha trộn đài nước 61 Hình 11 Các vùng phản ứng bên ống 62 Hình 12 Phân bổ cấp nước cho khu vực đô thị thành phố Hà Nội 71 Hình 13 Các khu vực thị thành phố Hà Nội cấp nước 71 Hình 14 Nhu cầu dùng nước khu vực đô thị thành phố Hà Nội 71 Hình 15 Sơ đồ hệ thống cấp nước Thủ đô Hà Nội – Đánh Nút, Ống 75 Hình 16 In sơ đồ cấp nước Thủ đô Hà Nội sang file ảnh 75 Hình 17 Chụp ảnh trình duyệt pdf 76 Hình 18 Save file ảnh từ Photoshop sang định dạng BMP 76 Hình 19 Cửa sổ mặc định chương trình Epanet 77 Hình 20 Vẽ sơ đồ hệ thống cấp nước Epanet 78 Hình 21 Vẽ sơ đồ trạm cấp nước Epanet 79 Hình 22 Vẽ sơ đồ trạm bơm tăng áp Epanet 80 Hình 23 Các thơng số ống Epanet 81 vi Hình 24 Quy hoạch san 81 Hình 25 Các thông số nút Epanet .82 Hình 26 Nhập đường đặc tính bơm Epanet 84 Hình 27 Thơng số nhập cho bơm Epanet 85 Hình 28 Thông số nhập cho bể chứa, nhập chất đánh dấu nước 86 Hình 29 Các thông số nhập cho đài nước (Tank) 87 Hình 30 Các thơng số nhập cho van 88 Hình 31 Nhập pattern sinh hoạt cho mạng lưới 89 Hình Hình ảnh mơ cho thị Phúc Thọ bị áp âm (-) 90 Hình Hình ảnh mơ cho thị Phú Xuyên bị áp âm (-) 91 Hình 3 Hình ảnh mơ trạm tăng áp Phúc Thọ, nước chảy vịng 92 Hình Tổng thể toàn mạng lưới thành phố khu vực áp âm (-) 93 Hình Áp lực âm (-) đô thị Phú Xuyên dùng nước lớn 93 Hình Đơ thị Phúc Thọ-Trạm tăng áp sau hiệu chỉnh 96 Hình Biểu đồ giao động áp lực nút tiêu thụ lưu lượng phía trước van giữ áp .97 Hình Biều đồ áp lực nút trước van giữ áp 97 Hình Biều đồ giao động áp lực nước đài nước 98 Hình 10 Hình ảnh báo mơ thành cơng 99 Hình 11 Khu vực nhà máy sông Đà cấp nước thứ 23 100 Hình 12 Mơ thủy lực cấp nước cho đô thị Xuân Mai lúc 17 102 Hình 13 Sơ đồ thủy lực hệ thống cấp nước Thủ đô Hà Nội (PA nghiên cứu) 103 Hình 14 Vùng ưu tiên cấp nước 105 Hình 15 Hình ảnh mơ việc lắp đặt van điều tiết lưu lượng .107 Hình 16 Một số ví dụ hệ thống có dự trữ 109 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Công suất bãi giếng tuyến ống nước thô 13 Bảng Công suất nhà máy xử lý nước 14 Bảng Chất lượng nước sau xử lý nhà máy nước ngầm Công ty Nước Hà Nội quản lý từ năm 2014 17 Bảng Chất lượng nước sau xử lý nhà máy nước sông Đà 19 Bảng Chất lượng nước sau xử lý nhà máy nước Sơn Tây 22 Bảng Chất lượng nước sau xử lý NMN Hà Đông 24 Bảng Dự báo nhu cầu sử dụng nước năm 2020-2050 25 Bảng Quy hoạch công suất nhà máy nước thủ đô Hà Nội năm 2020-205026 Bảng Các tuyến ống truyền tải đến năm 2020 29 Bảng 10 Công suất trạm bơm tăng áp giai đoạn 2020 đến 2050 29 Bảng So sánh tính năng, giao diện vấn đề chi phí quyền mơ hình 34 Bảng 2 Các cơng thức tính tổn thất cột nước ống chảy đầy 44 Bảng Các hệ số nhám cho ống 45 Bảng Hệ số tổn thất cục 46 Bảng Tổng hợp chiều dài, tính tốn qđvdd cho khu vực 73 Bảng Công suất nhà máy nước đến năm 2030, số hiệu Cuver, Q, H 83 Bảng Công suất trạm tăng áp đến năm 2030, số hiệu Cuver, Q, H 83 Bảng Tính tốn phần mềm Epanet 100 Bảng Tính tốn kiểm tra lại 101 Bảng 3 Công suất nhà máy cấp nước mặt đến năm 2030 103 Bảng Công suất trạm tăng áp đến năm 2030 103 Bảng Tiêu thụ lưu lượng nút khu vực không ưu tiên, trước sau lắp Van 107 viii PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thủ đô Hà Nội trung tâm trị - hành Quốc gia; trung tâm lớn văn hoá - khoa học - đào tạo - kinh tế, du lịch có tốc độ thị hóa nhanh Hà Nội có mơi trường sống, sinh hoạt giải trí với chất lượng cao Dân số tăng, hoạt động kinh tế - xã hội ngày phát triển theo nhu cầu sử dụng nước người dân ngày tăng cao chất lượng Hiện tổng sản lượng cấp nước khoảng 900 nghìn m3/ngđ nhu cầu sử dụng nước hàng năm dự kiến tăng từ 2- 3% Đặc biệt vào dịp hè có đợt nắng nóng kéo dài, nhu cầu sử dụng nước tăng đột biến từ 10 ÷ 15%, tổng lượng nước thiếu hụt so với nhu cầu từ 40.000 ÷ 60.000 m3/ngđ Thêm vào ảnh hưởng chế độ thủy văn Sông Hồng đến khai thác sản xuất nước ngầm tiếp tục bị suy giảm khoảng từ 1% ÷ 2% hàng năm Nguồn nước ngầm tiếp tục bị suy thoái, bãi giếng khơng có quỹ đất dự phịng để khoan bổ sung thay giếng để trì sản lượng theo thiết kế Nhà máy nước sông Đà nguồn cung cấp nước quan trọng, chiếm 27% tổng lượng nước tồn thành phố Do đó, có cố vỡ ống nước sông Đà, giảm công suất khai thác nguồn nước … xảy dẫn đến tình trạng nước, thiếu nước ảnh hưởng đến đời sống người dân, hoạt động kinh tế - xã hội Do vậy, cần đẩy nhanh dự án phát triển bổ sung nguồn nước dự án Xây dựng nhà máy nước mặt Sông Hồng, Sông Đuống để với nguồn nước mặt Sông Đà, đảm bảo sản lượng an ninh nguồn nước Trước vấn đề cấp thiết việc nghiên cứu phối hợp cấp nước cho khu vực đô thị thành phố Hà Nội từ nguồn nước Ngầm nguồn nước Mặt để đảm bảo cấp nước an toàn nghiên cứu góp phần đảm bảo cấp nước an tồn trước mắt lâu dài Thành phố Vì đề tài “Nghiên cứu phối hợp cấp nước cho đô thị thành phố Hà Nội, giải pháp vận hành, cấp nước an toàn” cần thiết Mục tiêu đề tài Mục tiêu mong muốn đạt đề tài góp phần đảm bảo cấp nước an toàn cho khu vực đô thị thành Phố Hà Nội tương lai Xây dựng mơ hình mơ phối hợp cấp nước cho khu vực đô thị thành phố Hà Nội, từ phục vụ cho việc vận hành hệ thống cấp nước hiệu hơn, góp phần đảm bảo việc cấp nước an toàn hiệu tương lai Đề xuất số giải pháp thay thế, bổ sung nguồn nước, giải pháp trạm bơm tăng áp, đường ống cấp nước Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cấp nước thành phố Hà Nội; Phạm vi nghiên cứu: + Về không gian: Đô thị trung tâm số đô thị vệ tinh thuộc TP Hà Nội + Về vấn đề nghiên cứu: Các nguồn cấp nước mạng lưới cấp nước đô thị trung tâm thị vệ tinh Cấp nước an tồn lưu lượng áp lực Phƣơng ph p nghiên cứu, công cụ s dụng a P n p p Phương pháp kế thừa: Sử dụng có chọn lọc kết nghiên cứu trước cấp nước cho thành phố Hà Nội: kết tính tốn, quy hoạch, đồ, vẽ v.v ; Phương pháp thống kê, thu thập, phân tích xử lý số liệu; Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng lý thuyết thuỷ lực, cấp nước, máy bơm; Phương pháp mơ hình tốn: Mơ mạng lưới cấp nước trạng tương lai công cụ phần mềm tính thuỷ lực đường ống b C n c s d n Khai thác, sử dụng phần mềm tính toán thuỷ lực Epanet Các phần mềm đồ hoạ CAD, Photo Shop, Các cơng cụ xử lí văn bảng tính: Word, Exel,